在復(fù)雜信道中實現(xiàn)載波通信的新一代技術(shù)解決方案

1、在復(fù)雜信道中實現(xiàn)載波通信的新一代技術(shù)解決方案        摘要：從介紹OFDM的原理出發(fā)，闡述了OFDM作為通訊系統(tǒng)的核心技術(shù)的技術(shù)特性與技術(shù)難點；對復(fù)雜的低壓電力線的傳輸特性進(jìn)行了分析，并給出了一種基于OFDM技術(shù)的適合于低壓電力載波通信實現(xiàn)的技術(shù)方案。       關(guān)鍵詞：OFDM；多載波調(diào)制；電力載波通訊；多徑傳播 Carrier Wave Communication in Complex Channelis Carried Outby NewGenerat

2、ion Technology Solving SchemeWU Lingxi1，2，HUANG Zhiping1，PAN Luyang1 (1School of Mechanic and Automation，NationalUniversity of Defensive Technology，Changsha，410073，China；2College of Physics and Electronic，Hunan Science and Technology University，Xiangtan，411201，China)Abstract：The principle and kernel

3、technology characteristic and technicaldifficultiespointofcommunication system ofOFDM areintroducedin this paper，low-voltage power line transmission characteristic is analysedPut forward a sortoftechnology projectsuitfor low-voltage power line carrier communicationKeywords：orthogonal frequency divis

4、ion multiplexing；multi-carrier modulation；power line carrier communication；multi  pathway spread1引言O(shè)FDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)是HPA(HomePlug Power line Alliance)聯(lián)盟工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制(CarrierModulation，MCM)技術(shù)，他采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信

5、號傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易被外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。目前已有文獻(xiàn)提出OFDM技術(shù)是第三代通訊核心技術(shù)CDMA之后的第四代核心技術(shù)。有些國家在高速無線局域網(wǎng)(IEEE 80211a，HIPERLAN/2)、數(shù)字音頻視頻廣播系統(tǒng)(DAB，DVB)、高清晰度電視(HDTV)、高速無線固定接入(WirelessFixedAccess，IEEE80216)系統(tǒng)中已經(jīng)選擇采用OFDM技術(shù)來實現(xiàn)更加可靠高速的無線數(shù)據(jù)傳輸；同時在數(shù)字用戶環(huán)路(DigitalSubscriber Loops，ADSL，VDSL)系統(tǒng)、電力線通信等有線系統(tǒng)也在

6、開始研究采用OFDM技術(shù)來克服 不理想的信道傳輸特性。2OFDM原理及技術(shù)特點21OFDM原理OFDM技術(shù)是把所傳的高速數(shù)據(jù)流通過串并變換分解成若干個子比特流，每個子比特流具有低得多的傳輸速率，并且用這些低速數(shù)據(jù)流調(diào)制若干個子載波。由于每個子信道中的符號周期會相對增加，因此可以減輕信道的多徑時延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的影響。設(shè)多載波信號的一個符號周期為T，且各子載波頻率是基帶信號的整數(shù)倍，則子載波之間具有正交性，即滿足：OFDM技術(shù)就是利用各自載波間的正交性，實現(xiàn)帶寬的有效利用，其核心技術(shù)是一對離散傅里葉變換。其OFDM系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)器的原理框圖如圖1所示。  

7、  由離散傅里葉變換的原理可得d(n)與D(k)的數(shù)學(xué) 表達(dá)式為：其中：N為子信道的個數(shù)，n0，1，N1，通過N點的IDFT/DFT來實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)。為了進(jìn)一步消除由于多徑帶來的ISI和ICI，因此采用了循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，帶有保護(hù)間隔的OFDM信號示意圖如圖2所示，帶有保護(hù)間隔的OFDM的系統(tǒng)框圖如圖1所示。設(shè)相鄰OFDM符號之間的保護(hù)間隔為Tg，并滿足Tgmax(信道的脈沖響應(yīng)長度)，則可以很好地克服ISI的影響。加了保護(hù)前綴后的OFDM的符號周期為：TsTgT；保護(hù)間隔的離散長度，即樣點個數(shù)為：LgmaxN/Ts；    系統(tǒng)的歸一

8、化OFDM的抽樣序列Xm為：通過選擇適當(dāng)?shù)淖虞d波個數(shù)N，可以使信道響應(yīng)平坦，加入保護(hù)間隔有助于保持子載波的正交性，因此圖1有可能完全消除ISI和ICI的影響。22OFDM技術(shù)特點    221OFDM技術(shù)的特點(1)OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€通信鏈路失敗，但是在多載波系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分載波會受到干擾。對這些子信道可以采用糾錯碼來進(jìn)行糾錯。    (2)可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)信道中因為多徑傳輸而出現(xiàn)頻率選擇性

9、衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。(3)通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再加時域均衡器。通過將各個信道聯(lián)合編碼，則可以使系統(tǒng)性能得到提高。(4)OFDM技術(shù)抗窄帶干擾性很強，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。(5)選用IDFT/DFT的OFDM算法和基于DSP技術(shù)的實現(xiàn)方法使得OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)變得容易，同時使用循環(huán)前綴可以消除ISI和ICI。(6)頻譜利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要。 &

10、#160;  222OFDM技術(shù)實現(xiàn)的難點(1)對頻率偏移和相位噪聲很敏感；同步電路比較復(fù)雜。(2)峰值與均值功率比相對較大。3OFDM技術(shù)在低壓電力線通信(PLC)中的應(yīng)用31低壓電力線上的數(shù)字傳輸特性32低壓PLC實現(xiàn)方案為了克服各種干擾，在低壓電力線通信系統(tǒng)中可采用的調(diào)制技術(shù)主要有OFDM，DMT(多載波調(diào)制)、擴(kuò)頻及常規(guī)的QPSK，F(xiàn)SK等，為適應(yīng)高速率的傳輸要求，多載波正交頻分復(fù)用已是解決傳輸頻帶利用率的有效方法。基于OFDM的低壓PLC系統(tǒng)實現(xiàn)方案如圖5所示。從圖中可以看出，由于低壓電力系統(tǒng)存在多徑信道衰落，在接收端增加了自適應(yīng)均衡部分，可以盡可能減少信道失真帶來的性能損

11、失，同時為了減少ISI引入了循環(huán)前綴(CP)，CP越長對減少ISI越有利，但CP過長將導(dǎo)致能量的大量損耗，因此考慮加入均衡器以使CP的長度適當(dāng)減少，使系統(tǒng)頻帶的利用率得到提高，最大限度地提高通信系統(tǒng)的性能。由于信道存在衰落現(xiàn)象，需要對信道進(jìn)行跟蹤，因此在接收端增加了導(dǎo)頻信息，實現(xiàn)精確同步，以此進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。4結(jié)語OFDM技術(shù)是一種既可以較好地解決多徑衰落或多徑反射所引起的信道選擇性衰落，又可以較好地克服信道的窄帶干擾的正交頻分復(fù)用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。本文較深入介紹了OFDM技術(shù)的原理，結(jié)合我國的低壓電力線特性情況，給出了基于OFDM的實現(xiàn)方案。近年來，高壓電力載波通訊技術(shù)發(fā)展迅速，并得到廣泛

12、應(yīng)用，隨著對OFDM理論的不斷深入研究，結(jié)合成熟的DSP技術(shù)，在低壓電力線上實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸已成為可能。目前正成為國內(nèi)外研究的熱門課題之一，國外已研制出適合本地區(qū)電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電力線載波modem芯片，對國內(nèi)不是很適合，應(yīng)用上有很多困難。隨著低層芯片的開發(fā)成功，必將大大推進(jìn)低壓電力載波通信的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1Weinstein S，Ebert PData transmission by frequency - division multiplexing using the discrdte fourier transformJIEEE TransOn Communication,1971,18(5):628-634.2Intellon CorporationIntellon high speed power line communication19993Intellon CorporationOFDM communication primer19994Eric Phillip LAWREYBE(Hons)Adaptive techniques for multi-rser OFDM for the degree of Doc