【正文】 相關(guān)解擴器的作用下，相當于進行了一次擴頻。在接收端，接收到的擴頻信號經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機序列對中頻的擴頻調(diào)制信號相關(guān)解擴，將信號的頻帶恢復為信息序列 a(t)的頻帶，即為中頻調(diào)制信號。由信源輸出的信號 a(t)是碼元持續(xù)時間 aT 的信息流，偽隨機碼產(chǎn)生器生產(chǎn)的偽隨機碼 c(t)，每一偽隨機碼碼元寬度或切普（ chip）寬度為 cT 。由通信原理可知，在 PSK、 FSK、 OOK三種調(diào)制中， FSK 信號是最佳調(diào)制信號，所謂最佳是指在其他條件相同的情況下，PSK 誤碼率最小，為了節(jié)省發(fā)射功率和提高發(fā)射機工作功率，通常使用抑制載波的雙相平衡機制。 直接序列擴頻信號的產(chǎn)生 直接序列擴頻就是用高速率的偽隨機碼序列與信息碼序列模二加后（波形相乘）的復合碼序列去控制載波的相位而獲得直接序列擴頻信號?；旌蠑U頻方式實現(xiàn)比較復雜，但它能融合幾種方式的優(yōu)點，可以滿足更高要求的抗干擾指標。 （ 4） 線性跳頻系統(tǒng)（ CHIRP），其發(fā)射信號的載波頻率在信息脈沖持續(xù)周期內(nèi)做線性變化，由于這種線性調(diào)頻信號占用的頻帶寬度與大于信息寬度，所以這種通信系統(tǒng)也是一種擴頻調(diào)制系統(tǒng)。 （ 3） 跳時擴頻系統(tǒng)（ TH），即采用跳時方式進行擴頻，就是把傳輸一個原始信息位的 時間分成許多片段，在哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制，相當于采用特定偽碼控制的多時片時移鍵控。根據(jù)跳頻速率的快慢，又可把跳頻系統(tǒng)分為快跳頻和慢跳頻。 （ 2） 跳頻擴頻系統(tǒng)（ FH），即采用跳頻方式進行擴頻，相當于采用特定偽隨機碼控制的多頻率移頻鍵控。 擴頻通信系統(tǒng)分類 就擴展頻譜的不同，擴展通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴頻，調(diào)頻，跳時，線性調(diào)頻以及以上各種基本方式的組合。 其基本原理如下圖所示： 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 9 圖 31 擴頻通信基本原理圖 香農(nóng)公式 C=W )/1(log 2 NP? (C 為信道容量， W 為頻帶寬度， P/N 為信噪比 )指出在信道容量 C 一定的情況下，頻帶寬度 W 和信噪比 P/N 是可以互換的，這意味著如果增加頻帶寬度，就可以在較低的信噪比下用相同的信 息率以任意小的差錯頻率來傳輸信息。就理論研究而言，低壓電力線載波通信已從傳統(tǒng)的頻帶傳輸（幅頻鍵控 ASK，頻移鍵控 FSK，相移鍵控 PSK）發(fā)展到擴頻通信（ SSC）技術(shù)、多載波正交頻分多址（ OFDM）技術(shù)以及使用高速光纖的光波分復用（ WDM）技術(shù)等。電力線上干擾的因地而變的特性對低壓電力線載波通信系統(tǒng)也會產(chǎn)生很大的影響。首先是因時而變，即在不同時刻，干擾的頻率、強度都各不相同。 (3)低壓電力線上干擾的多變性 出于與信號衰減多變性同樣的原因，低壓電力線上的干擾也存在多樣性。通信過程中，由于其高能量、寬頻譜的特性，通常會使所傳數(shù)據(jù)的若干 各位甚至整個數(shù)據(jù)傳輸過程發(fā)生錯誤。另外，低壓電力線路上的各種大功率負載的突然開關(guān)、大功率電機的啟停過程、功率因數(shù)補償電容器的投切以及短路、故障切除和重合閘等都會引起電壓、電流的突變和和頻譜分量的增加。這些種隨機干擾通常是由于高壓開關(guān)的操作、雷電、較大的負荷變化、電力線上的短路故障等引起的，往往是能量很大的脈沖 干擾或脈沖干擾群持續(xù)時間較短，但能量很集中，頻譜也很寬。 (2)低壓電力線上干擾的隨機性。在實際情況中，由于有大量的用電設(shè)備同時釋放干擾，而這些干擾的瞬時功率、周期、相位等又變化很大，各不相同，因此最終會在電力線上產(chǎn)生時不變的連續(xù)干擾。 (1)低壓電力線上干擾的周期性。為了表示這種干擾的復雜特性并簡化分析，我們可以近似的將其分為 4 類：周期性連續(xù)干擾、周期性的脈沖干擾、時不變的連續(xù)干擾和隨機產(chǎn)生的突發(fā)性干擾。非人為干擾指的是一些自然現(xiàn)象，如雷電在電力線上引起的干擾。 系統(tǒng)干擾特性分析 在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)通信時的另 一個需要研究的重要問題是電力線上干擾特性性質(zhì)。后兩種噪聲的時變性強，當出現(xiàn)這些噪聲時，功率譜密度會突然上升，數(shù)據(jù)傳輸會造成很大的差異。這類噪聲是電力線的最大障礙。它的到達時間是隨機的，持續(xù)時間從幾 s? 到幾 ms。它的主要作用是由可控硅整流器件造成的。 （ 4） 與工頻同步的噪聲周期性脈沖噪聲：脈沖的重復頻率為工頻或工頻的整數(shù)倍。 （ 2） 窄帶噪聲：一般由中、短波廣播 所引發(fā)，它隨時間而發(fā)生變化。各類噪聲的特性參數(shù)見下圖： 圖 21 各類噪聲特性圖 （ 1） 有色背景噪聲：這種噪聲隨頻率而發(fā)生變化，具有相對低的頻率譜密度（ PSD）。低壓電力線的傳輸環(huán)境不同于其他信道，它的結(jié)構(gòu)復雜，連 接的負載眾多且經(jīng)常發(fā)生變化，因此作用于它的噪聲不能簡單的歸結(jié)為加性高斯白噪聲，而應根據(jù)不同噪聲源進行具體分析。若在接收機附近有一強的噪聲源，且其功率譜密度在通信所有的頻帶范圍內(nèi)較強，則最有可能影響通信低壓電力線載波通信系統(tǒng) 6 信號的正確傳輸，這種情況應是電力線通信所極力避免的。 （ 2） 電力線上的噪聲也表現(xiàn)出很明顯的時變性，在不同的時刻，噪聲干擾的頻率和強度都不相同，但想要了解某個環(huán)境中電力 線噪聲特性就要多次測量不同時刻的頻率譜曲線，再研究統(tǒng)計平均后的頻率譜密度曲線。 （ 1） 從時域上看，室內(nèi)電力線上的噪聲表現(xiàn)出一定的周期性，主要頻率為電力系統(tǒng)頻率的兩倍，這是與工頻有關(guān)的可控硅的工作造成的。在某些負載如彩色電視機、計算機等的旁邊，高 頻信號的衰減往往會增大許多。但是，從統(tǒng)計上看，這種變化還是有一定的規(guī)律可尋的。有時這種變化的程度會很大。除此之外，開關(guān)電源會向電力線上釋放大量的高頻干擾，從而影響通信系統(tǒng)的工作。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，可能是因為一些工作于開關(guān)狀態(tài)的設(shè)備，如開關(guān)電源燈在工頻交流 電的一定相位時打開開關(guān)器件，于是就將電力線接到了后面的電路上。 （ 5） 一般同相衰減小于垮相衰減，單在一定頻率點上可能會例外，這可能是電阻負載、反射、多徑傳播或駐波等現(xiàn)象造成的影響。造成接收信號急速降低，形成窄帶衰減。 （ 4） 電力線衰減在頻域上呈現(xiàn)出強烈的變化，從總的趨勢上來說隨著頻率的升高衰減越來越多，單遠非單調(diào)遞增，而是表現(xiàn)為劇烈的波動，在幅頻曲線上產(chǎn)低壓電力線載波通信系統(tǒng) 5 生大大小小的下陷。在工廠辦公室內(nèi)白天的衰減比晚上打，而在居民小區(qū)，晚上 6 到 10 點反而是衰減最大的時候，因為這段時間是居民用電即負載最重的時候。尤其是那些用于調(diào)整電網(wǎng)功率因數(shù)的大電容，對幾百 Khz 的載波 通信信號來說，相當于短路另外，當負載阻抗很小時，發(fā)送耦合電路的內(nèi)阻也不可忽略。因此電力線通信的距離相對于其他的有線通信要小得多。電力線信道衰減一般很大，除非在很短的距離上傳輸，否則信號衰減一般都達到 20db 以上。但是由于電力線是非均勻不平衡的傳輸線，接在上 面的負載阻抗也不匹配，所以信號會遇到反射、駐波等復雜現(xiàn)象。線路衰減是指傳輸信號的能量在電力線上的損耗，其產(chǎn)生原因是多方面的包括電力線網(wǎng)絡(luò)復雜，接入點多以及信道存在許多阻抗不匹配的節(jié)點等，從而使電力線信道具有多徑信道的特征，必然造成信號的多徑傳播從而造成衰減。一般情況下，電力線負載從 20 歐姆到 190 歐姆動態(tài)變化，很難做到輸入阻抗的匹配，給電路設(shè)計帶來很大的困難、 衰減特性分析 信號在電力線上傳輸 中的衰減是低壓電力線載波通信的一大難點，研究證明其主要包括耦合衰減和線路衰減。配電變壓器的二次側(cè)的低壓電力線上連接的負載多種多樣，主要包括電阻性（ R）、電容性（ C）、電感性（ L）三類負載。同時由于負載會在電力線上隨機的接上或斷開，所以在不同時間電力線 的輸入阻抗也會發(fā)生較大幅度的改變，通常白天的阻抗較低，夜晚的阻抗較高。因此實際情況下阻抗變化并不符合通常認為的隨頻率的增高而減小的規(guī)律，又是甚至與之相反，這是因為電力線上連接有各種復雜的負載，這些負載與電力線本身組成許多共振電路，在共振頻率及其附近頻率上形成的低阻抗區(qū)。當電力線上有負載時，所以頻率的輸入阻抗都會減小。在理想情況下，沒有負載時 電力線相當于一根均勻分布的傳輸線。 阻抗特性分析 輸入阻抗是表征低壓電力線的重要參數(shù)。它在傳輸通信信號時信道特性相當復雜， 又有自己的特點， 負載多，噪聲干擾強，信道衰減大，信道延時，通信環(huán)境相當惡劣。 可實現(xiàn)居民小區(qū)樓宇間的自動照明控制、防盜防火報警、自動抄表以及數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能；載波功率 30MHz；調(diào)制方式選用 NBFM 或擴頻；傳輸距離不小于 1Km；分析低壓電力線載波信號的衰減特性、干擾特性和輸入阻抗特性；設(shè)計一套簡單實用的方 案。 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 3 課題任務 本課題研制一個低壓電力線載波通信系統(tǒng)。研究 OFDM 的重點主要是如何分配子信道的數(shù)目和如何保持子載波間的正交性。 OFDM 具有抗多徑干擾能力強、頻譜利用率高的優(yōu)點，因此受到廣泛關(guān)注，目前在有線和無線領(lǐng)域的研究都很多，在 ADSL 中采用的離散多音調(diào)制 DMT 實際上就是 OFDM 技術(shù)。正交頻分復用 （ OFDM） 技術(shù)在頻域把信道分成許多正交子信道，各子信道的載波間保持正交，頻譜相互重疊，這樣減小了子信道間的相互干擾，提高了頻譜 利用率。擴頻通信技術(shù)主要有直接序列擴頻（ DS）、跳頻（ FH）、跳時（ TH） 、線性調(diào)頻以及上述各種基本方式的組合。擴頻通信的良好抗干擾性能使得它特別適合在低壓電力線這樣惡劣的信道環(huán)境下提供可靠的數(shù)據(jù)服務。 擴頻通信是用偽隨機編碼（擴頻序列： SC）將待傳送的信息數(shù)據(jù)進行調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再進行傳輸；在接收端則采用同樣的編 碼進行解調(diào)及相關(guān)處理。多維網(wǎng)格編碼不但采用了子集分割的思想，還通過維數(shù)的擴展減小需要存儲的星座點的數(shù)量，獲得更好的映射增益和編碼增益，具有很好抗干擾性能，因此特別適合電力線這樣干擾大的信號。 1982 年Ungerboeck 提出了基于 “集分割 ”原理的編碼和調(diào)制相結(jié)合的網(wǎng)格編碼 TCM 技低壓電力線載波通信系統(tǒng) 2 術(shù)，通過擴展信號星座的大小，在不擴展帶寬，不降低信息傳輸速率的條件下，可以獲得 3～ 6dB 的增益。 接聯(lián)系的調(diào)制信號的參數(shù)擴展中，例如信號空間矢量點或信號星座數(shù)的擴展中，這就是網(wǎng)格編碼調(diào)制 （ TCM） 思想的基本出發(fā)點。糾錯編碼增加了冗余度，編碼增益是通過降低信息傳輸速率獲得，因此傳統(tǒng)的糾錯編碼方法很難進一步提高通信系統(tǒng)的 性能。目前采用傳統(tǒng)的頻帶傳輸 （ 幅移鍵控 ASK，頻移鍵控 FSK，相移鍵控 PSK） 的 PLC 日趨成熟，研究的熱點是三種具有高抗干擾性的數(shù)字調(diào)制技術(shù)：多維網(wǎng)格編碼技術(shù)、擴頻通信技術(shù) （ SC） 和正交頻分復用 （ OFDM） 等。在全數(shù)字 PLC 中，可以采用當前流行 的語音壓縮編碼技術(shù)，如碼本激勵線性預測編碼 （ CELP） 技術(shù)、矢量和激勵線性預測編碼 （ VSELP） 技術(shù)、多帶激勵 （ MBE）等，對語音信號經(jīng)過壓縮編碼，降低輸入信號的冗余，提高了頻帶利用率；然后與數(shù)據(jù)信號進行數(shù)字復接。但是 PLC 能夠充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)，無需任何布線，是一種 “No NewWires”技術(shù)，和其他接入方式相比有很多優(yōu)勢。在全數(shù)字 PLC 中可以采用當前先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，因此大大提高了 PLC 的容量和質(zhì)量，使得 PLC 作為最后一公里解決方案成為可能。 Introduces the basic power demodulation chip structure, characteristic and function, design the external circuit of the chips,draw the corresponding circuit diagram. This system is control by microcontroller chip to plete the operation and send data. Keywords: power line carrier, signal attenuation,antijamming， and spread spectrum technology, SC1128 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 1 第 1 章 緒論 課題研究的背景 PLC 作為電力系統(tǒng)傳輸信息的一種基本手段，在電力系統(tǒng)通信和遠動控制中得到廣泛應用，經(jīng)歷了從分立到集成，從功能單一到微機自動控制，從模擬到數(shù)字的發(fā)展歷程， PLC 中的核心 ——電力線載波機歷經(jīng)了模擬電力線載波機、準數(shù)字電力 線載波機、全數(shù)字電力線載波機三個階段。并且采用 了 單片機對通信芯片進行控制，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)等操作?；敬砹四壳暗蛪弘娏€通信技術(shù)發(fā)展的方向。 論文 采用了擴頻通信，調(diào)制方式采用 2DPSK，芯片采用了 SC1128。本文簡要的分析了信號的衰減特性、抗干擾性和輸入阻抗特性。 二、進度安排及完成 時間： （ 1）第一周至第三周：查閱資料、撰寫文獻綜述和開題報告； （ 2）第四周至第六周：總體方案的確定；