基于OFDM的电力线载波通信16QAM调制解调器设计与验证

• 作 者: 刘奇
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 电力线通信 IEEE 1901.2标准 OFDM 前向纠错编码 FPGA

电力线通信是指在电力线上进行数据传输的一种通信方式。虽然电力线载波通信是一种出现于几十年前的技术,但是近年来在智能电网、智能家居和智能交通等领域应用日益广泛。由于电力线信道具有频率选择性衰减的特点,为了信号稳定传输因而主要采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术。本文首先介绍了低压电力线信道的主要特征,根据OFDM技术的基本原理,重点分析了OFDM系统中的关键技术和工程实现方式。然后介绍了IEEE 1901.2窄带电力线通信标准的物理层,并结合课题的设计要求,确定了OFDM系统总体框架和帧结构,系统带宽范围为35.938kHz-90.625kHz,采样频率400kHz,子载波数36,采用16QAM调制。接着对OFDM系统中的主要模块建模设计,包括信道编码、调制映射、傅里叶变换等模块,搭建了完整的OFDM系统动态仿真模型,验证算法实现的可行性。最后选定本课题采用的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)芯片,对OFDM系统关键模块使用Verilog HDL进行设计,在ModelSim SE 10.1c下完成OFDM系统的发射模块和接收模块的功能仿真,接着采用ISE 14.5平台对发射模块和接收模块进行综合和实现,并完成FPGA开发板的引脚分配和下载。最后搭建FPGA开发板的测试平台,对接收模块解调出的数据和发射模块发送的原始数据进行对比,验证OFDM系统的FPGA实现的功能正确性。本文完成了IEEE 1901.2标准物理层的FPGA原型系统的设计与验证,为下一步专用集成电路设计打下了坚实的基础,对于我国以OFDM技术为核心的低压电力线通信技术的推广和商业应用具有重大的意义。