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G3-PLC物理层发射机的FPGA实现

作　者: 冯恒
导　师: 杨刚
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: G3-PLC OFDM 前向纠错编码 FPGA 电力线通信
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


电力线通信技术是在现有的电力电缆上传输信息的一种方案。因构建通信网络无需新的支出以及可以方便的实现即插即用的特点受到越来越多的关注。在相关的协议当中,G3-PLC是在CENELEC所规定的电力线通信频段范围实现的窄带电力线通信标准,旨在实现智能抄表和智能家居、智能楼宇等使得电力生态系统健康发展的技术。该协议利用OFDM技术和前向纠错编码来克服电力线信道的突发噪声和频率选择性衰落,它使用子载波映射代替了上变频过程,为电力线通信在智能电网方面的应用提供了完美的解决方案。本文首先介绍了电力线信道的特性与建模,分析了噪声的组成和频率选择性衰落的表现以及应对方法,根据信道的特性提出了调制方案和差错处理的方案；然后介绍了G3-PLC协议的各个部分：包括帧结构、加扰、编码、交织、调制、OFDM符号生成、加窗等,和相应的具体算法以及MATLAB的仿真实现；然后用Verilog语言对各个模块进行设计与仿真；最后进行原理图设计和芯片选型以完成硬件实现。其中,硬件实现部分包括数字和模拟两个部分：数字部分均用Verilog编程在FPGA中实现,模拟部分用AD9857完成数模转换并用OPA2613增强驱动能力,从而适合在电力线上传输。文章的最后对本文做的工作进行了总结和展望,提出了论文的应用和扩展方向,同时也有不足之处和需要完善的方面,为今后的研究确定了方向。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 电力线通信简介  7-10
    1.1.1 作为接入网的电力线通信  7-8
    1.1.2 主要标准及应用  8-9
    1.1.3 国内外研究现状  9-10
  1.2 G3-PLC简介  10-11
    1.2.1 G3-PLC联盟  10-11
    1.2.2 G3-PLC标准  11
  1.3 课题意义  11-12
  1.4 本文的主要工作  12-13
第二章 电力线信道建模与协议参数选取  13-23
  2.1 电力线信道特性建模  13-16
    2.1.1 多径特性与建模  13-14
    2.1.2 干扰特性与建模  14-16
  2.2 调制方案的选择  16-19
    2.2.1 OFDM调制技术  17-18
    2.2.2 OFDM参数选择  18-19
  2.3 差错处理  19-21
    2.3.1 分组码  20-21
    2.3.2 卷积码  21
  2.4 本章小结  21-23
第三章 G3-PLC发射机模块结构  23-33
  3.1 G3-PLC系统基本参数  23-24
  3.2 帧结构  24-25
    3.2.1 前导组成  24-25
    3.2.2 FCH组成  25
  3.3 加扰  25-26
  3.4 前向纠错编码  26-27
    3.4.1 RS编码  27
    3.4.2 卷积编码  27
  3.5 交织  27-29
  3.6 调制  29-30
    3.6.1 BPSK映射  29
    3.6.2 DBPSK,DQPSK,ROBUST映射  29-30
  3.7 OFDM符号生成  30
  3.8 加窗操作  30-32
  3.9 本章小结  32-33
第四章 发射机的FPGA设计  33-53
  4.1 FPGA的基本结构以及开发流程介绍  33-41
    4.1.1 Spartan-3系列芯片介绍  33-37
    4.1.2 典型FPGA开发流程  37-40
    4.1.3 系统设计中使用的FPGA设计思想  40-41
  4.2 G3-PLC发射机系统的Verilog模块设计与实现  41-52
    4.2.1 系统总体方案  41-42
    4.2.2 各个模块实现  42-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章 硬件调试  53-65
  5.1 FPGA配置电路综述  53-55
  5.2 G3-PLC发射机系统的FPGA配置电路  55-58
    5.2.1 SPI串行Flash配置电路  55-56
    5.2.2 JTAG配置模式  56-57
    5.2.3 电源芯片选择  57-58
  5.3 G3-PLC发射机系统模拟部分处理  58-61
    5.3.1 D/A转换模块  59-60
    5.3.2 模拟信号放大模块  60-61
  5.4 电路调试  61-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 总结与展望  65-67
  6.1 全文总结与贡献  65
  6.2 未来工作展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-73
研究生期间参加科研及发表论文情况  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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