關于通信的調制技術論文(2)
關于通信的調制技術論文
關于通信的調制技術論文篇二
電力載波通信調制技術研究
摘要：電力載波通信的眾多優(yōu)點得到了大量學者的研究，同時，產生的干擾也降低了數據傳輸的可靠性和高效性。從調制技術角度而言，文章分析了現有的幾種抑制干擾措施，擴頻技術，OFDM技術等，以減小干擾對電力線通信的影響。最后提出了調制技術必須根據PLC網絡介質的特性來確定。
關鍵字：電力載波通信;擴頻;OFDM;調制
1引言
20世紀50年代就有在10kV線路上使用電力線通信(Power Line Communication)窄帶載波技術的先例。20世紀80年代末，我國也曾經使用小型集成電路農電載波機實現點對點的通信。隨著通信技術的高速發(fā)展，高速帶寬PLC技術的研究也悄然興起。21世紀以來，PLC技術不斷提升，傳輸速率、抗干擾性能等研究工作得到了加強。但是電力線不是專門的通信線路，在整個電力載波通信系統(tǒng)中存在著大量干擾，嚴重的影響了通信系統(tǒng)的性能。
PLC網絡結構的復雜性：電力線上的阻抗不僅和傳輸信號的頻率有關，而且和負載有關，電力線上負載的數量、類型不同，不同頻率的阻抗變化也不同，變壓器及導線特性阻抗的變化導致阻抗的變化多端，阻抗匹配問題顯得十分復雜;大量的設備隨時隨地都可能打開或關閉，PLC拓撲結構致使多徑效應更為嚴重，信號隨著傳輸距離和頻率的變化而變化，并且頻率越高傳輸線的效應就越明顯，發(fā)生諧波導致某一頻率下衰減會急速增加，信息的傳輸得到嚴重衰減;PLC脈沖噪聲帶來的干擾尤為嚴重，如果這類噪聲的持續(xù)時間過長，超過使用糾錯碼能容忍的檢測和改正時間限度時，會產生嚴重的突發(fā)錯誤。因此必須找到應對該噪聲的干擾模型，特別是基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系統(tǒng)的抗干擾模型。
2PLC接入系統(tǒng)的抗干擾分析
PLC最終是實現數據交換的，但是電網的拓撲結構、惡劣的傳輸信道、電磁兼容等問題嚴重阻礙了信號的傳輸，因此PLC調制解調技術的研究十分有必要，也是解決干擾的有效途徑。
2.1傳統(tǒng)的調制技術
ASK是振幅鍵控方式，這種調制方式根據信號的不同來調節(jié)正弦波的幅度，傳輸效率比較低，抗噪能力比較低，尤其是抗衰落能力也不強，一般指適宜在恒參信道下采用，不能應對PLC信道的時變性，隨機性要求。
PSK是相移鍵控，發(fā)送消息在載波的相位中，有很好的抗干擾性，在衰落信道中也能獲得較好的效果，但是對于高速數據傳輸率來說，系統(tǒng)要求接受機有精確和穩(wěn)定的參考相位來分辨所使用的各種相位。
FSK是頻移鍵控，用數字信號去調制載波的頻率，比較容易實現，抗干擾和抗衰減較好，適合窄帶的低速數據傳輸，如果干擾源固定并跟中心頻率差不多，會帶來致命的錯誤。
2.2擴頻技術
PLC并不是在標準化的通信線上傳輸，而是在易受電氣設備等噪聲和衰減影響的電力線上傳輸的，為此必須找一個特殊的調制技術――擴頻(SS)技術。該SS技術是將傳輸信號帶寬擴展到比原信號傳輸需要的頻帶更寬后，再進行傳輸。具有可秘密通信、抗噪聲和衰減能力強、能保持穩(wěn)定的通信質量等優(yōu)點，在軍事上收到很大的追捧。其目的是，第一，發(fā)射出的擴頻信號稱為偽噪聲信號，敵人很難檢測出發(fā)射信號;第二，信號不容易被干擾信號破壞。
擴頻技術可以分為：直接序列(DS，Direct Sequence)擴頻、跳頻(FH，Frequency Hopping)擴頻、跳時(TH，Time Hopping)擴頻和多載波(MC，Muti-Carrier)擴頻。也可以把這幾種技術混合一起同時獲取它們的優(yōu)點。DS是一種平均類型的系統(tǒng)，主要是通過把干擾在更長時間間隔內取平均來減弱干擾的影響。FH和TH系統(tǒng)屬于避讓系統(tǒng)，它們是通過在大的時間片內避開干擾來減弱干擾的影響。直接擴頻方式的通信框如圖1所示。
但是在實際中，對于低壓電線中的脈沖噪聲，擴頻技術不能很好的克服，還需要結合信道編碼技術，這就有降低了擴頻增益。而且受帶寬的限制，生產出的芯片，頻率利用效率低，不適合高速PLC的數據傳輸。
2.3OFDM技術
OFDM技術是一種多載波調制技術，不再采用一個正弦波震蕩做載波，具有傳輸時間長，窄帶較窄的特性，具有一定的抑制PLC多徑干擾和脈沖干擾的效果。目前主要應用的領域有非對稱數字用戶環(huán)路(ADSL)，高清晰度電視(HDTV)信號傳輸，數字頻域廣播(DVB)，無線局域網(WLAN)等。OFDM系統(tǒng)實現框如圖2所示。
(1)OFDM屬于將信號分割為多個子載波，多個相互正交的子載波傳輸，子信道的頻譜可以部分重疊，提高了頻譜利用率。(2)串行的高速信號轉化成并行的低速信道上，使OFDM對脈沖干擾和多徑時延失真抵抗力變強。另外OFDM系統(tǒng)把頻率選擇性衰落和脈沖干擾的影響分散到多個符號上去，將由衰落和脈沖引起的突發(fā)性錯誤變隨機化，這樣再統(tǒng)一的信道編碼，也起到了消弱脈沖干擾及多徑時延的作用。(3)OFDM技術可以把整個系統(tǒng)的帶寬劃分為許多子信道，對于每個子信道而言，符號周期變長，每個信道上的頻率響應也平坦了，符號干擾降低，所需的均衡比串行系統(tǒng)簡單，只需要簡單的算法就能使每個子信道上的均方誤差最小化。(4)每個子信道的載波信息可映射，每個子信道上可以設置不同的調制方式，而且可以將任何子載波設置為不用狀態(tài)，很容易避開其它無線電設備的干擾，提高系統(tǒng)性能。(5)易物理層的非對稱高速數據傳輸，即下行鏈路的傳輸數據量要遠大于上行鏈路的數據傳輸量，而OFDM系統(tǒng)可以很容易地通過使用不同數量的子信道來實現。
3結語
PLC網絡傳輸在物理上呈拓撲結構，但在邏輯上PLC接入網可以當總線網絡，使用的是共享傳輸介質，因此需要一定介質訪問控制策略(MAC)?；究刂茖φ麄€或部分PLC網絡介質的訪問，同樣也會連接WAN(Wide Area Network)的接入點，附加的PLC設備，比如中繼器或網管也可以實現接入。但是較遠距離的交換信息比較復雜，使用的設備可能不同，信息的流動可能跨越若干不同傳輸技術的網絡，PLC的物理層依據電力線傳輸介質的特性來組織，所以調制解調技術必須要適應PLC的傳輸信道。
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