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电力线网络分布广泛,连接方便,在智能家庭网络和宽带接入方面受到越来越多的关注。正交频分复用(OFDM)技术以其高效的频谱利用率、超强的抗多径和噪声能力、易于高速传输、实现成本低廉等优点,广泛应用于众多通信领域,不仅成为各种通信标准和协议中的数字调制技术,而且在电力线通信(PLC)中也发挥出了巨大优势。
本文研究了基于OFDM的电力线通信技术及其实现,重点研究了中低压PLC接收机的设计和实现。本文首先简单介绍了OFDM原理,分析了电力线信道特点,并用Matlab/Simulink设计了基于OFDM的电力线载波通信系统仿真平台。
接着,本文着重研究了OFDM系统的同步技术,在对3种在无线通信中应用较为成熟的OFDM同步方案的分析比较后,针对电力线环境的突发传送模式,提出了一种适合电力线通信的OFDM同步算法。该算法在保证有效符号同步定位的情况下,扩大了频率偏移的估计范围,从而改善了归一化频偏在边界点附近的估计失真问题。仿真结果表明,改进后的算法能检测大范围的频率偏移,同步帧头开销小,运算简单,在恶劣的信道环境下保证了可靠性。
在此基础上,本文完成了基于Xilinx FPGA的PLC接收机的RTL级设计,实现了包括串并转换、同步、FFT和QPSK映射等在内的接收机的全部功能,并进行了仿真。仿真结果表明,整个接收机功能正确,符合设计要求。除此之外,本文还完成了整个电力线通信系统的硬件设计工作并进行了调试。
本文的研究结果对电力线通信接收机的实际应用具有一定的价值,也为今后设计完全自主知识产权基于OFDM电力线通信芯片奠定了基础。