| 引 言
隨著社會的進步和技術(shù)的發(fā)展,多媒體業(yè)務(wù)不斷增長,人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求也隨之增長。通信網(wǎng)正向著IP化、寬帶化方向發(fā)展。通信網(wǎng)由傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)三部分組成。目前,我國傳輸網(wǎng)已經(jīng)基本實現(xiàn)數(shù)字化和光纖化;交換網(wǎng)也實現(xiàn)了程控化和數(shù)字化;而接入網(wǎng)仍然是通過雙絞線與局端相連,只能達到56 kb／s的傳輸速率,不能滿足人們對多媒體信息的迫切需求。對接入網(wǎng)進行大規(guī)模改造,以升級到FTTC(光纖到路邊)甚至FTTH(光纖到戶),需要高昂的成本,短期內(nèi)難以實現(xiàn)。XDSL技術(shù)實現(xiàn)了電話線上數(shù)據(jù)的高速傳輸,但是大多數(shù)家庭電話線路不多,限制了可連接上網(wǎng)的電腦數(shù),而且在各房間鋪設(shè)傳輸電纜極為不便。最為經(jīng)濟有效而且方便的基礎(chǔ)設(shè)備就是電源線,把電源線作為傳輸介質(zhì),在家庭內(nèi)部不必進行新的線路施工,成本低。電力線作為通信信道,幾乎不需要維護或維護量極小,而且可以靈活地實現(xiàn)即插即用。此外,由于不必交電話費,月租費便宜。
電力線高速數(shù)據(jù)傳輸使電力線做為通信媒介已成為可能。鋪設(shè)有電力線的地方,通過電力線路傳輸各種互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù),就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,連成局域網(wǎng)或接入互聯(lián)網(wǎng)。通過電源線路傳輸各種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),可以大大推進互聯(lián)網(wǎng)的普及。此項技術(shù)還可以使家用電腦及電器結(jié)合為可以互相溝通的網(wǎng)絡(luò),形成新型的智能化家電網(wǎng),用戶在任何地方通過Internet實現(xiàn)家用電器的監(jiān)控和管理;可以直接實現(xiàn)電力抄表及電網(wǎng)自動化中遙信、遙測、遙控、遙調(diào)的各項功能,而不必另外鋪設(shè)通信信道。因此,研究電力線通信是十分必要的。 1 OFDM基本原理
正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種正交多載波調(diào)制MCM方式。在傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中,符號序列調(diào)制在一個載波上進行串行傳輸,每個符號的頻率可以占有信道的全部可用帶寬。OFDM是一種并行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),采用頻率上等間隔的N個子載波構(gòu)成。它們分別調(diào)制一路獨立的數(shù)據(jù)信息,調(diào)制之后N個子載波的信號相加同時發(fā)送。因此,每個符號的頻譜只占用信道全部帶寬的一部分。在OFDM系統(tǒng)中,通過選擇載波間隔,使這些子載波在整個符號周期上保持頻譜的正交特性,各子載波上的信號在頻譜上互相重疊,而接收端利用載波之間的正交特性,可以無失真地恢復(fù)發(fā)送信息,從而提高系統(tǒng)的頻譜利用率。圖1給出了正交頻分復(fù)用OFDM的基本原理�？紤]一個周期內(nèi)傳送的符號序列(do,d1,…,dn-1)每個符號di是經(jīng)過基帶調(diào)制后復(fù)信號di=ai+jbi,串行符號序列的間隔為△t=l／fs,其中fs是系統(tǒng)的符號傳輸速率。串并轉(zhuǎn)換之后,它們分別調(diào)制N個子載波(fo,f1,…,fn-1),這N個子載波頻分復(fù)用整個信道帶寬,相鄰子載波之間的頻率間隔為1／T,符號周期T從△t增加到N△t。合成的傳輸信號D(t)可以用其低通復(fù)包絡(luò)D(t)表示。 
?
其中ωi=-2π·△f·i,△f=1／T=1／N△t。在符號周期[O,T]內(nèi),傳輸?shù)男盘枮镈(t)=Re{D(t)exp(j2πfot)},0≤t≤T。
若以符號傳輸速率fs為采樣速率對D(t)進行采樣,在一個周期之內(nèi),共有N個采樣值。令t=m△t,采樣序列D(m)可以用符號序列(do,d1,…,dn-1)的離散付氏逆變換表示。即 ?
因此,OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程等效于離散付氏逆變換和離散付氏變換處理。其核心技術(shù)是離散付氏變換,若采用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)和FFT快速算法,無需束狀濾波器組,實現(xiàn)比較簡單。 2 電力線數(shù)傳設(shè)備硬件構(gòu)成
電力線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的硬件框圖如圖2所示。 
2. 1 數(shù)字信號處理單元TMS320VC5402
用數(shù)字信號處理的手段實現(xiàn)MODEM需要極高的運算能力和極高的運算速度,在高速DSP出現(xiàn)之前,數(shù)字信號處理只能采用普通的微處理器。由于速度的限制,所實現(xiàn)的MODEM最高速度一般在2400b／s。自20世紀(jì)70年代末,Intel公司推出第一代DSP芯片Intel 2920以來,近20年來涌現(xiàn)出一大批高速DSP芯片,從而使話帶高速DSP MCODEM的實現(xiàn)成為可能。
TMS320系列性價比高,國內(nèi)現(xiàn)有開發(fā)手段齊全,自TI公司20世紀(jì)80年代初第一代產(chǎn)品TMS32010問世以來,正以每2年更新一代的速度,相繼推出TMS32020、TMS320C25、TMS320C30、TMS320C40以及第五代產(chǎn)品TMS320C54X。
根據(jù)OFDM調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)所需要的信號處理能力,本文選擇以TMS320VC5402作為數(shù)據(jù)泵完成FFT等各種算法,充分利用其軟件、硬件資源,實現(xiàn)具有高性價比的OFDM高速電力線數(shù)傳設(shè)備。
TMS320C54X是TI公司針對通信應(yīng)用推出的中高檔16位定點DSP系列器件。該系列器件功能強大、靈活,較之前幾代DSP,具有以下突出優(yōu)點：
◇速度更快(40～100 MIPS);
◇指令集更為豐富;
◇更多的尋址方式選擇;
◇2個40位的累加器;
◇硬件堆棧指針;
◇支持塊重復(fù)和環(huán)型緩沖區(qū)管理。
2. 2高頻信號處理單元
主要實現(xiàn)對高頻信號的放大、高頻開關(guān)和線路濾波等功能,并最終經(jīng)小型加工結(jié)合設(shè)備送往配電線路。信號的放大包括發(fā)送方向的可控增益放大(前向功率控制),接收方向AGC的低噪聲放大部分。其中高頻開關(guān)完成收發(fā)高頻信號的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)雙工通信。同時使收發(fā)共用一個線路濾波器,這樣可以節(jié)省系統(tǒng)成本。
2．3 RS一232接口單元
用戶數(shù)據(jù)接口采用RS一232標(biāo)準(zhǔn)串行口。串口的數(shù)據(jù)中斷采用邊沿觸發(fā)中斷,串口中斷程序完成用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。將接收到的用戶數(shù)據(jù)暫存到CPU的發(fā)送緩沖區(qū)中,等到滿一個突發(fā)包時就發(fā)送到DSP進行處理。
3 參數(shù)設(shè)計
3．1保護時間的選擇
根據(jù)OFDM信號設(shè)計準(zhǔn)則,首先選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo時間,△=20μs,這能夠充分滿足在電力系統(tǒng)環(huán)境下,OFDM信號消除多徑時延擴展的目的。
3．2符號周期的選擇
T>200 μs,相應(yīng)子信道間隔,f<5kHz,這樣在25kHz帶寬內(nèi)至少要劃分出5個子信道。另外子信道數(shù)不能太多,增加子信道數(shù)雖然可以提高頻譜傳輸效率,但是DSP器件的復(fù)雜度也將增加,成本上升,同時還將受到信道時間選擇性衰落的嚴(yán)重影響。因此,考慮在25kHz的帶寬內(nèi)采用7個子信道。
3. 3子信道數(shù)的計算 子信道間隔： |
66821730(技術(shù)支持)
