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基于OFDM的电力线通信系统的研究

作　者: 沈海萍
导　师: 房国志
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 电力线通信 正交频分复用 电力线信道 符号定时同步
分类号: TN915.853
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电力线通信(PLC)以输电线路为载波信号的传输媒介完成传送数据和交换信息过程。在调制技术、传输技术和信号处理技术进步的推动下,电力线通信技术也有了进一步的发展。并且多载波调制技术的出现结束了单载波调制技术的时代,传输速率得到大幅度的提高。本文通过对电力线通信技术以及正交频分复用(OFDM)技术的技术特点的分析,总结出二者相结合应用的原因,并以此作为论文研究的基础。在此基础上,归纳总结了电力线信道的特性及对传输信号所造成的影响,建立了具有实用性的低压电力信道的模型。研究了OFDM技术的基本原理,确定了基于OFDM技术的电力线通信的具体实现过程。通过对比分析设计完成了OFDM技术在应用过程中的关键技术的解决方案及具体的实现方法。阐述了OFDM技术中FFT算法应用在本系统中的优越性在于可直接调用处理器的库函数。在相关理论知识及OFDM关键技术的方案确定的基础上,设计了以STM32F103ZET6为核心处理芯片的硬件系统,该芯片的优点在于价格低廉,在降低成本的同时,可以达到技术参数的要求。在Protel99软件中,完成了A/D数据采集电路、电源转换电路、存储器接口电路、JTAG接口电路等各部分电路的设计。以此硬件平台为基础,设计了电力线载波通信过程中发送、接收数据及同步等重要环节的实现流程,借助ARM的开发环境IAR,完成了相应C程序的编写和调试。在硬件平台及软件程序调试通过的基础上,构建了完整的PLC系统,进行了数据的传输,并在PC机上利用通过LabVIEW设计的观察窗口,借助串口实时观察传输前后的数据,从而实现了利用OFDM技术完成在电力线中进行数据传输的过程。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题的研究意义  10-11
  1.2 电力线通信的现状和发展  11-13
    1.2.1 电力线通信的研究现状  11-12
    1.2.2 电力线通信的发展趋势  12-13
  1.3 OFDM 的发展过程概述  13
  1.4 论文内容及结构安排  13-15
第2章 低压电力线信道传输特性分析  15-23
  2.1 低压电力线上的阻抗和衰减特性  15-17
    2.1.1 阻抗特性  15-16
    2.1.2 衰减特性  16-17
  2.2 低压电力线上的噪声干扰  17-19
  2.3 低压电力线信道的时变性和多径效应  19-20
  2.4 低压电力线信道模型  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 OFDM 在低压电力线通信中的应用  23-33
  3.1 OFDM 的基本原理  23-25
  3.2 OFDM 的实现过程  25-26
  3.3 FFT/IFFT 算法的应用  26-27
  3.4 OFDM 的关键技术及解决方案  27-30
    3.4.1 保护间隔的选择  27
    3.4.2 训练序列的设计  27-28
    3.4.3 同步方案的选择  28-29
    3.4.4 降低峰均功率比  29-30
  3.5 OFDM 应用于低压电力线通信中的优缺点  30-32
    3.5.1 OFDM 技术的优点  30-31
    3.5.2 OFDM 技术的缺点  31-32
  3.6 本章小结  32-33
第4章 基于OFDM 的PLC 系统的硬件设计  33-41
  4.1 系统的硬件结构设计  33-34
  4.2 主控芯片及时钟电路  34-35
  4.3 电源电路  35-36
  4.4 A/D 数据采集电路  36-37
  4.5 外部存储器接口电路  37-38
  4.6 RS485 接口电路  38-39
  4.7 JTAG 仿真接口电路  39-40
  4.8 本章小结  40-41
第5章 基于OFDM 的PLC 系统的软件设计  41-53
  5.1 系统的程序设计  41-43
    5.1.1 数据发送端的程序设计  41-42
    5.1.2 数据接收端的程序设计  42
    5.1.3 实现同步接收数据的程序设计  42-43
  5.2 系统参数的设计  43-44
  5.3 程序开发流程  44-49
  5.4 同步的实现  49-51
    5.4.1 帧同步的实现  49
    5.4.2 精细定时同步的实现  49-51
  5.5 采样时钟校正  51-52
  5.6 本章小结  52-53
第6章 PLC 系统的性能测试  53-55
  6.1 上位机串口接收数据调试  53
  6.2 系统硬件测试和软件调试  53-54
  6.3 试验结果分析  54
  6.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间发表的学术论文  59-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 专用通信网 > 电力通信网
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