第29卷第2期 华北电力大学学报 Vol.29,No.2 2002年4月 Journal of North China Electric Power University Apr,2002 文章编号：1007-2691(2002)02-0080-04 基于OFDM的电力线数据传输通信系统 毛婕，高强，侯思祖，余萍 (华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071003) Designment of PLC system based on OFDM MAO Jie,GAO Qiang,HOU Si-zu,YU Ping (Department of Electronic and Communication Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China) 摘要：介绍了电力线通信(PLC)的国内外现状，提出了基 设备无论是在技术性能、工艺结构还是在电路上， 于OFDM的技术，采用16位定点DSP-TMS320VC5402作 同国际上一些先进设备相比仍存在很大的差距。 为控制单元的电力线数传通信系统的方案，给出了系统的 电力线作为通信信道，其维护量极小凹。此项 参数设计以及软件、硬件设计原理。 技术还可以形成新型的智能化家电网，用户在任何 关键词：调制；OFDM;电力线；DSP;解调 地方通过Internet实现家用电器的监控和管理：可 中图分类号：TN915.853 文献标识码：A 以直接实现电力抄表及电网自动化中遥信、遥测、 遥控、遥调的各项功能。电力线媒介的频率选择 Abatract:In this paper,present situstion of(Power Line Communication)is introduced.The scheme of the PLC system 性、时变性、窄带高压以及脉冲干扰决定了它使用 based on OFDM(Ortho onal Frequericy Division Multiplexing) 多载波调制，尤其是目前较为流行的OFDM(Or- and 16 bit poirt DSP-TMS320VC5402 is proposed.The thogonal frequency division multiplexing,正交频分 parameters of the system are discussed.The software and 复用)是一种较有吸引力的调制方式。 hardware are described. Key words:modulation;OFDM;power-line;DSP;de-modu- 1 OFDM基本原理 lation 引言 OFDM是一种正交多载波调制MCM方式。在 传统的数字通信系统中，符号序列调制在一个载波 电力线高速数据传输使电力线用做通信媒介已 上进行串行传输，每个符号的频率可以占有信道的 成为现实。思科、英特尔、惠普、松下和夏普等 全部可用带宽。OFDM是一种并行数据传输系统， 13家公司已于2000年4月成立“家庭插电联盟” 采用频率上等间隔的N个子载波构成，它们分别调 (HomePlug Powerline Alliance),致力于创造共同的 制一路独立的数据信息，调制之后N个子载波的信 家用电线网络通讯技术标准。HomePlug集团预期 号相加同时发送。因此，每个符号的频谱只占用信 第一批使用此技术的产品可望在年内推出。德国电 道的全部带宽的一部分。在OFDM系统中，通过 力工业巨头RWE电力公司推出了名叫电力网的新 选择载波间隔，使这些子载波在整个符号周期上保 技术，这种新的传输技术能通过电源线路以2Mbil 持频谱的正交特性，各子载波上的信号在频谱上互 s的速率传输各种互联网数据信号。 相重叠，而接收端利用载波之间的正交特性，可以 在我国电力线载波通信已是电力公司地区网、 无失真地恢复发送信息，从而提高系统的频谱利用 省网乃至网局网的主要通信手段之一。目前，国产 率。图1给出了正交频分复用OFDM的基本原理。 收稿日期：2002-01-01 作者简介：毛婕(1978一)，女，华北电力大学电子与通信工程系硕士研究生
第 卷第 期 年 月 华 北 电 力 大 学 学 报 三 , 文章编号 一 一 一 基于 的 电力线数据传输通信系统 毛 婕 , 高 强 , 侯思祖 , 余 萍 华北 电力大 学 电子与通信 工程 系 , 河北 保定 , , 一 , , , , 摘要 介绍 了电力线通信 的国内外现状 , 提 出了基 于 的技术 , 采用 位定点 一 作 为控制单元 的电力线数传通信系统 的方案 , 给 出 了系统的 参数设计 以及软件 、 硬件设计原理 。 关键词 调 制 电 力线 解调 中图分类号 名 文献标识码 , 一 认 设备无论是在技术性能 、 工 艺结构还 是在 电路上 , 同国际上一些先进设备相 比仍存在很 大的差距 。 电力线作为通信信道 , 其维护量极小 ‘, , 。 此项 技术还可 以形成新型的智能化 家电网 , 用户在任何 地方通过 实现家用 电器 的监控和管理 可 以直接实现 电力抄表及 电网 自动化 中遥信 、 遥测 、 遥控 、 遥调 的各项功能 。 电力线媒介 的频 率选 择 性 、 时变性 、 窄带高压 以及脉冲干扰决定了它使用 多载波调制 , 尤其是 目前较为流行 的 , 正交频分 复用 是一种较有吸引力的调制方式 。 一 一 基本原理 ‘, , 引 言 电力线高速数据传输使电力线用做通信媒介已 成 为现 实 。 思科 、 英特 尔 、 惠普 、 松下 和夏普等 家公司 已于 年 月成立 “ 家庭插 电联盟 ” , 致力于创造共同的 家用 电线 网络通讯技术标准 。 集团预期 第一批使用此技术 的产 品可望在年 内推 出 。 德 国电 力工业 巨头 电力公 司推 出了名 叫 电力网的新 技术 , 这种新的传输技术能通过电源 线路 以 灯 的速率传输各种互联 网数据信号 。 在我 国 电力线载波通信 已是 电力公 司地 区 网 、 省网乃至 网局 网的主要通信手段之一 。 目前 , 国产 是一种正交多载波调制 方式 。 在 传统 的数字通信系统 中 , 符号序列调制在一个载波 上进行 串行传输 , 每个符号的频率可 以 占有信道 的 全部可用带宽 。 是一种并行数据传输系统 , 采用频率上等间隔的刃个子载波构成 , 它们 分别调 制一路独立 的数据信息 , 调制之后万个子载波的信 号相加 同时发送 。 因此 , 每个符号的频谱只 占用信 道 的全部带宽的一部分 。 在 系统 中 , 通过 选择载波间隔 , 使这些子载波在整个符号周期上保 持频谱的正交特性 , 各子载波上 的信号在频谱上互 相重叠 , 而接收端利用载波之间的正交特性 , 可 以 无 失真地恢复发送信息 , 从而提高系统 的频谱利用 率 。 图 给出了正交频分复用 的基本原理 。 收稿 日期 一 一 作者简介 毛婕 一 , 女 , 华北 电力大学电子与通信工程系硕士研究生 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第2期 毛婕等：基于ODM的电力线数据传输通信系统 吧 2 技术和FFT快速算法，无需束状滤波器组，实现 比较简单。 数 ,d,…,dn- 2 电力线数据传输系统硬件构成 d,=a+b 电力线数据传输系统的硬件框图如图2所示。 (a)调制 RS-232 D/A 用户接口 电路 A/D 数字 64K 电力线 FLASH 图2电力线数据传输系统组成框图 Fig.2 Structure of power line communication system (b)解调 2.1数字信号处理单元 图1OFDM基本原理 用数字信号处理的手段实现MODEM需要极 Fig.1 Schematic diagram of OFDM 高的运算能力和极高的运算速度，在高速DSP出 现之前，数字信号处理只能采用普通的微处理器。 考虑一个周期内传送的符号序列(d,d…,dn-), 田于速度的限制，所实现Modem最高速度一般在 每个符号d经过基带调制后为复信号=ab,串行 2400b/s。近20年来涌现出一大批高速DSP芯片， 符号序列的间隔为à=1分，其中，是系统的符号 从而使话带高速DSP MODEM的实现成为可能。 传输速率。串并转换之后，它们分别调制W个子载 根据OFDM调制解调器实现所需要的信号处 波(6，，…，，这个子载波频分复用整个信 理能力，选择以TMS320VC5402作为数据泵完成 道带宽，相邻子载波之间的频率间隔为1/T,符号 F℉T等各种算法，充分利用其软件、硬件资源实现 周期T从△增加到N△t。合成的传输信号Dt)可以用 具有高性能价格比的OFDM高速电力线数传设备。 其低通复包络D()表示， TMS320VC5402是TI公司针对通信应用推出 N-1 的中高档16位定点DSP系列器件。从 Di)∑(a,+jb,coswr+-jsinw,t）= TMS320VC5402的结构框图)可知，该系列器件 0 N 功能强大、灵活，较之前几代DSP,VC5402具有 ∑dexp(jw, 0≤t≤T 以下突出优点：(1)速度更快：40-100MPS;(2) i=0 指令集更为丰富：(3)更多的寻址方式选择：(4) 在符号周期[0，刀内，传输的信号为D()两个40位的累加器：(5)硬件堆栈指针：(6)支 Re{D(t)exp(Gjlπ6t)},0≤t≤T。若以符号传输速率 持块重复和环型缓冲区管理。 为采样速率对D()进行采样，在一个周期之内，共22高频信号处理单元 有N个采样值。令仁m△1，采样序列D(m)可以用符 主要实现对高频信号的放大、高频开关和线路 号序列(d,d,…,d-)的离散傅氏逆变换表示，即 滤波等功能，并最终经小型加工结合设备送往配电 N-1 线路。信号的放大包括发送方向的可控增益放大 D(m)上∑dexp(j2 nim/N)= (前向功率控制)、接收方向的AGC低噪声放大部 0 IDFT{d},0≤tsN。 分，其中高频开关完成收发高频信号的转换，实现 双工通信，同时，使收发共用一个线路滤波器，这 因此，OFDM系统的调制和解调过程等效于样可以节省系统成本。 离散傅氏逆变换和离散傅氏变换处理。它的核心技2.3232接口单元 术是离散傅氏变换，若采用数字信号处理(DSP) 用户数据接口为RS-232标准串行口。串口的
第 期 毛 婕等 基于 的电力线数据传输通 信系统 注 汪 … 串 人 相 并 力口 转 一一气夕 一, 器 换 岁娜 ‘ 法 一勺一 仁 ‘二代珍一 厂 ‘ 一 ’‘ 扣 试 汁抚 姚 一‘八 技术和 快速算法 , 无需束状滤波器组 , 实现 比较简单 。 电力线数据传输系统硬件构成 电力线数据传输系统 的硬件框图如 图 所示 。 调制 , 四 了蜘 工 一‘今乞卜一卜 “ 厂 杯 , 卜 一 高频 加工 用户接 口 信号 祸合 电路 设备口 处月 图 电力线数据传输系统组成框图 , 解调 图 基本原理 考虑 一个周 期 内传送 的符号序列 , 话 , … , 试 一 , , 每个符号减经过基 带调制后为复信号试二 , , 串行 符号序列 的间隔为 △ 抓 , 其中 , 关是系统 的符号 传输速率 。 串并转换之后 , 它们分别调制刀个子载 波伏 , 厂 , … , 不 一 , , 这刃个子载波频分复用整个信 道 带宽 , 相邻子 载波之 间的频率间隔 为 , 符号 周期厂从 △增加到刀 △ 。 合成 的传输信号 可 以用 其低通复包络 表示 , 一 艺 。 。 , 艺减 勺琳 , ‘ ,‘ 。 在 符 号 周 期【 , 刘 内 , 传 输 的 信 号 为 小场 , 到‘ 。 若 以符号传 输速 率 不为采样速率对 进行采样 , 在一个周期之 内 , 共 有刀个采样值 。 令 △ , 采样序列 可 以用符 号序列 , , , … , 试 一 的离散傅 氏逆变换表示 , 即 一 试 勺 试 , ‘ ‘ 。 因此 , 系统 的调制和 解 调过程等效于 离散傅 氏逆变换和离散傅 氏变换处理 。 它 的核心技 术是离散傅 氏变换 , 若采用数字信号处 理 数字信号处理单元 用数字信号处理 的手段实现 需要极 高的运 算能力和极高的运算速度 , 在高速 出 现之前 , 数字信号处理只能采用普通 的微处理器 。 由于速度 的限制 , 所实现 最高速度一般在 。 近 年来涌现 出一大批高速 芯片 , 从而使话带高速 的实现成 为可 能 。 根据 调制解调器实现所需要 的信号处 理 能力 , 选择 以 作为数据泵完成 等各种算法 , 充分利用其软件 、 硬件资源实现 具有高性能价格 比的 高速 电力线数传设备 。 是 公司针对通信应用推 出 的 中 高 档 位 定 点 系 列 器 件 ‘ , 。 从 的结构框 图 ‘, , 可知 , 该系列器件 功能强大 、 灵 活 , 较之前几代 , 具有 以下突 出优点 速度更快 一 指令集更 为丰 富 更 多的寻 址方式选择 两个 位 的累加器 硬件堆栈指针 支 持块重复和环 型缓冲区管理 。 高频信号处理单元 主要实现对 高频信 号的放大 、 高频开关和线路 滤波等功 能 , 并最终经 小型加工 结合设备送往配 电 线路 。 信号 的放大包括发送 方 向的可控增益 放大 前 向功率控制 、 接收方 向的 低噪声放大部 分 , 其 中高频开关完成收发高频信号的转换 , 实现 双工通信 , 同时 , 使收发共用一个线路滤波器 , 这 样可 以节省系统成本 。 接 口单元 用户数据接 口 为 一 犯 标准 串行 口 。 串口 的 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
华北电力大学学报 2002 数据中断采用边沿触发中断，串口中断程序完成用 位偏差和定时偏差都较为敏感，这样就可以插入较 户数据的发送与接收。将接收到的用户数据暂存到 多的参考信号以快速实现载波相位的锁定、跟踪及 CPU发送缓冲区中，等满一个突发包时就发送到 位同步。另一方面，也使对引导符号间隔的选择较 DSP进行处理。芯片采用美信MAX3222E芯片， 为灵活，参考和文献中的讨论，在设计中选择引导 它的T1N和R1OUT脚分别接TMS320VC5402的 符号间隔L=10。 BDX1和BDR1脚，实现串口通信。 (2)ODM信号调制解调的核心是DFT/IDFT 算法，目前普遍采用DSP芯片完成DFT/IDFT,因此 3系统参数设计 有必要对设计所需的DSP性能进行估计。根据设 计要求至少要在250μs内完成32个复数点的FFT 由于电力线信道的时变性和频率选择性，建议 运算。N个复数点的FFT计算共需要：2 Mog.N次实 使用OFDM传输方案，它能消除条件差的子信道， 数乘法和3 Nog N次实数加法，假设实数乘法和实 优化信道特性。 数加法都是单周期指令，以32个复数点为例，这样 3.1保护时间、符号周期的选择 共需要800个指令周期，即20μs,因此，采用 由于电力线的频率选择性，每个子信道数据传 TMS320VC5402可满足设计要求(TMS320VC5402 输情况是不同的。利用信号测绘仪来删除特性差的 的单指令周期为10ns)。 信道。信号测绘仪给不同的子信道分配不同的数据 综上所述，设计的OF1数传设备参数：子 流。如果在k个子信道中的一个子信道s(1≤i≤k)的 信道数为25，子信道间隔为4kz,总的符号周期 BER(误码率)相当高，测绘仪可以用不同方式重 为279μ3，引导符号间限为10。 新分配数据。总体上传输数据率是恒定的，但干 扰大的信道可不传，保持总比特数不变，可以表示4软件构成 成m为每个子信道的比特烈，子信道的个数k是任 意选择的。 上面确定了OFDM数传设备的主要参数及算 法，下面说明用TMS320VC5402实现的软件设计 f∑m 及流程，如图3所示。 1 根据OFDM信号设计准则，对一些电力线信 道冲击响应分析可知保护时间选择为=20s,信 开始 开始 道的符号周期T-250μ5。这能够充分满足在电力系 清发送存储器 清接收存储器 统环境下OFDM信号消除多径时延扩展的目的。 置AD9078 置AD9057 频域均衡 3.2子信道数的计算 伦许发送中断 允许发送中断 什算时误差 根据电力线信道特性测试实验，考虑电力线信 编码 接收新采样点 调节采样时钟 道的衰减和噪声分布以及时变性，建议使用的带宽 为B-100kHz。子信道数为100kHz/4kHz=25(个)。 SP 导频DFT 二维AGC 子信道间隔f=1/T=1/250μs=4kHz。各子信道的符 插入导频 导频均衡 待 号周期7T-=25045。考虑保护时间4=204s,T=T+= FFT,扩展 16 PS 270us。各子信道实际的符号率f=1/T,=1/270s= y 3.71 kbaud。.总的比特速率为3.71 kbaud×25×2biW 上帧发完n 解码 symbl=-185.5 kbit/s。系统的频谱效率f=185.5 kbit/ 信号送存储器 调整均衡 s/100 k=1.855 kbit/s/Hz<2 bit/s/Hz 可以看出这时系统已经具有较高的频谱效率。 人数据送完n 有连续啦》 n 需要指出的是： 结束 结 (1)在设计中为冗余信息预留了较多的比特， 其冗余信息与有用信息的比值为O.59,大于DEN 图3调制解调器流程图 系统的0.44。这是考虑到OFDM信号对于载波相 Fig.3 Flow chart of modulation and demodulation
华 北 电 力 大 学 学 报 数据 中断采用边沿触发 中断 , 串口 中断程序完成用 户数据 的发送与接收 。 将接收到的用户数据暂存到 发送缓冲 区 中 , 等满一个突发包 时就发送到 进行处理 。 芯片采用美信 芯 片 , 它 的 和 脚分别接 的 和 脚 , 实现 串口 通信 「, , 。 系统参数设计 由于 电力线信道 的时变性和频率选择性 , 建议 使用 传输方案 , 它能消除条件差 的子信道 , 优化信道特性 。 保护 时间 、 符号周 期的选择 由于 电力线的频率选择性 , 每个子信道数据传 输情况是不 同的 。 利用信号测绘仪来删 除特性差 的 信道 。 信号测绘仪给不 同的子信道分配不 同的数据 流 。 如果在 个子信道 中的一个子信道 ‘ 迷 的 误码率 相 当高 , 测 绘仪可 以用 不 同方式重 新分配数据 们 。 总体上传输数据率是恒定的 , 但干 扰大的信道可不传 , 保持总 比特数不变 , 可 以表示 成 ,为每个子信道 的比特数 , 子信道 的个数 是任 意选择的 。 位偏差和定时偏差都较为敏感 , 这样就可 以插入较 多的参考信号 以快速实现载波相位 的锁定 、 跟踪及 位 同步 。 另一方面 , 也使对引导符号 间隔的选择较 为灵活 , 参考和文献 中的讨论 , 在设计 中选择引导 符号间隔 。 信号调制解调 的核心 是 算法 , 目前普遍采用 芯片完成 , 因此 有必要对设计所需的 性能进行估计 。 根据设 计要求至少要在 娜 内完成 犯 个复数点的 运算 。 刃个复数点的 计算共需要 刃次实 数乘法和 从 卉次实数加法 , 假设实数乘法和 实 数加法都是单周期指令 , 以 个复数点为例 , 这样 共 需要 个指 令周 期 , 即 娜 , 因此 , 采用 可满足设计要求 的单指令周期 为 。 综上所述 , 设计 的 数传设备参数 子 信道数为 , 子信道 间隔为 , 总的符号周期 为 哪 , 引导符号 间隔为 。 软件构成 胎艺 , 。 上 面确定 了 数传 设备的主要参数及 算 法 , 下面说 明用 实现 的软件设计 及流程 , 如 图 所示 。 根据 信号设计准则 , 对 一些 电力线信 道冲击 响应分析可 知保护 时间选择 为 」 娜 , 信 道的符号周 期介 脚 。 这 能够充分满足在 电力系 统环境下 信号消除多径 时延扩展 的 目的 , 。 子信道数 的计算 根据 电力线信道特性测试实验 , 考虑 电力线信 道 的衰减和噪 声分布 以及 时变性 , 建议使用 的带宽 为 。 子信道数 为 个 。 子信道 间隔 娜 咖 。 各子信道 的符 号周 期 娜 。 考虑 保护 时 间 娜工 厂长 」 娜 。 各子信道 实际 的符号率石二 兀 娜 。 总的比特速率为 灯 · 灯 。 系统 的频 谱效率户 灯 卜 灯 肛 灯 舰 。 可 以看 出这 时系统 已经具有较高的频谱效率 。 需要指 出的是 在设计 中为冗余信息预 留了较多的比特 , 其冗余信息与有用信息的 比值为 , 大于 系统 的 。 这是考虑到 信号对于载波相 开 始 结束 结束 图 调制解调器流程图 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第2期 毛婕等：基于OFDM的电力线数据传输通信系统 83 4.1调制部分的软件设计 各导频是否在前一个样点处出现峰值。倘若25路 此程序作为子程序被调用之前，要发送的数据 导频中有20个以上的导频同时出现峰值，则认为 己经被装入数据存储器，并将数据区的首地址及长 该样点以前的N=512个样点即为捕捉到的一帧信 度作为入口参数传递给子程序。程序执行时首先清 号，程序进入解调阶段：否则等待接收新的采样点 发送存储器，然后配置AD9708的采样速率，之后 继续进行同步捕捉。 允许串行口发送中断产生，使中断服务程序自动依 解调阶段首先对捕捉到的帧信号进行实信号的 次读取发送存储器中的内容，送入AD9708变换成 FFT变换，仍然采用成组定点法，之后进行均衡。 模拟信号。之后程序从数据存储器读取一帧数据， 然后利用导频算出本地抽样时钟的延迟ī，在计算 经编码，并行放入IFFT工作区的相应位置，插入 中应尽量避免出现除法，可将常数分母取倒数后提 导频符号并将不用的点补零，随后进行FFT,FFT 前算出，作为乘法的系数。为了保证其后二维AGC 算法采用常用的时域抽点算法DIT,蝶形运算所需 的精度，计算中t精确到0.1s。接下来根据x调整 的Ww查N=512字的定点三角函数表得到。由于 抽样时钟，程序将调整量通知串行口发送中断服务 TMS320VC5402的数值计算为16位字长定点运算 程序后继续执行二维AGC,而由中断服务程序在 方式，所以FFT采用成组定点法，既提高了运算 每次中断响应时间发布命令，每次可以调整下一采 精度又保证了运算速度。然后对FFT变换后的结 样时刻提前（或落后）1S。接下来经判决，并/串 果扩展加窗，并将本帧信号的前扩展部分同上帧信 变换及解码即可解调出本帧逊据。然后对均衡器的 号的后扩展部分相加，加窗所需窗函数查表得到。 权值采用IM$算法进行调节。程序通过对这部分 窗函数存放在窗函数表中，是事先利用C语言浮 信号进行简单的幅值门限分析，很容易判断出是否 点运算并将结果转换为定点数存放在表中的。 收到了信号。若有则继续接收：否则结束。 经实测从读取串行数据到如窗工作完成最多占 用75个抽样周期(75×125s)的时间，而发送一 5结论 帧信号需(512+32)个抽样周期(544×125μs)。这 说明C5402的运算速度足够满足需要。 本文介绍了OFDM技术的基本原理，提出了 当上一帧信号发送完毕后，程序立即将以处理 基于OFDM技术的电力线数据传输系统方案。利 好的本帧信号送入发送存储器继续发送，并通过入 用每个信道独立特性和信道测绘仪算法，给每个信 口参数判断数据是否发送完毕。 道分配数据，可以作到灵活处理，删除误码率很高 4.2解调部分的软件设计 的子信道。针对电力线通信信道较高的频率选择 首先清接收存储器，配置AD9057的采样速 性，对每个子信道与固定调制方式系统相比较，可 率，然后开串行口接收中断，使接收中断服务程序 知OFDM系统在信噪比上有很大的优点。 接收来自AD9057的采样数据并依次自动存入接收 存储器。每得到一个新的样点，程序先用DFT的 参考文献 递推算法解调出25路导频符号，并对导频均衡， 之后分别同参考导频符号矢量600h+j600h进行点 []周文俊，黎文安，林天宝，等.中低压电力线路载被幅频 积，这里用导频符号矢量的实部与虚部的和代替点 特性U.电网技术，1998,22(4)：4145. 积即可反映相关函数的规律，以简化运算。求得 [2]原进红，匡镜明.时间色散信道中格形编码的正交频分 复用技术[J.通信学报，1998,19(238-43 25路导频与参考导频的相关值后暂时保存，并分 [3】李刚.数字信号处理器的原理及其开发应用M.天津 别与前一个样点所保存的各导频相关值比较（相 天津大学出版社.2000.516-521. 减)，用一个字节保存比较结果的正负号（每路导 【4]李引新，赵姚同.正交频分多路(OFDM)的实现方式 频占1bit)。在处理前一个样点的过程中也用一个 及性能分析[】.电讯技术，1998,38(6)：10-15. 字节保存它同其前一样点的导频相关值比较的正负 [5]Weste N,Skellem D J.VLSI for OFDM [J].IEEE Com munication Magazine,1998,36 (10):127-134. 号。对这两个字节进行简单的逻辑运算即可判断出
第 期 毛 婕等 基于 的电力线数据传输通信系统 调制部分 的软件设计 此程序作为子程序被调用之前 , 要发送 的数据 己经被装入数据存储器 , 并将数据 区 的首地址及长 度作为入 口 参数传递给子程序 。 程序执行时首先清 发送存储器 , 然后配置 的采样速率 , 之 后 允许串行 口 发送 中断产生 , 使 中断服务程序 自动依 次读取发送存储器 中的内容 , 送入 变换成 模拟信号 。 之 后程序从数据 存储器读取一帧数据 , 经编码 , 并行放入 工作区 的相应位置 , 插入 导频符号并将不用 的点补零 。 随后进行 , 算法采用常用 的时域抽 点算法 , 蝶形运算所需 的 叽 查 泛 字 的 定 点 三 角 函数 表 得 到 。 由于 的数值计算为 位字长 定点运算 方式 , 所 以 采用成组 定点法 , 既提高了运 算 精度又保证 了运算速度 。 然后对 变换后 的结 果扩展加 窗 , 并将本帧信 号的前扩展部分 同上帧信 号的后扩展 部分相加 , 加窗所需窗函数查表得到 。 窗函数存放在窗函数表中 , 是事先利用 语言浮 点运算并将结果转换为定 点数存放在表 中的 。 经实测从读取 串行数据到加窗工作完成最多 占 用 个抽样周期 哪 的时间 , 而发送一 帧信号需 个抽样周 期 拼 。 这 说明 的运算速度足够满足 需要 。 当上 一帧信号发送完毕后 , 程序立 即将 以处理 好 的本帧信号送入发送存储器继续发送 , 并通过入 口 参数判断数据是否发送 完毕 。 解调部分的软件设计 首先清接收存储器 , 配 置 的采样速 率 , 然后 开 串行 口 接收中断 , 使接收中断服务程序 接收来 自 的采样数据并依次 自动存入接收 存储器 。 每得到一个新 的样点 , 程序先用 的 递推算法解调 出 路导频符号 , 并对 导频均衡 , 之后分别 同参考导频符号矢量 进行点 积 , 这里用导频符号矢量 的实部与虚部的和 代替点 积 即可 反 映相 关 函数 的规律 , 以简化运 算 。 求 得 路导频与参考导频 的相 关值后暂时保存 , 并分 别 与前 一 个样点所保存 的各 导频相 关值 比较 相 减 , 用一个字 节保存 比较结果的正负号 每 路导 频 占 。 在处理前一个样 点的过程 中也用一个 字节保存它同其前一样 点的导频相关值 比较的正负 号 。 对这 两个字节进行简单的逻辑运算即可判断 出 各导频是否在前一个样点处 出现峰值 。 倘若 路 导频 中有 个 以上 的导频 同时 出现峰值 , 则认为 该样点 以前 的万 个样点 即为捕捉 到 的一 帧信 号 , 程序进入解调阶段 否则等待接收新的采样点 继续进行 同步捕捉 。 解调阶段首先对捕捉到的帧信号进行实信号的 变换 , 仍然采用成组定点法 , 之后进行均衡 。 然后利用导频算出本地抽样 时钟的延 迟 , 在计算 中应尽量避免 出现 除法 , 可将常数分母取倒数后提 前算出 , 作为乘法 的系数 。 为了保证其后 二维 的精度 , 计算 中 精确到 哪 。 接下来根据 调整 抽样时钟 , 程序将调整量通知 串行 口 发送 中断服务 程序后继续执行二维 , 而 由中断服务程序在 每次中断响应时间发布命令 , 每次可 以调整下一采 样时刻提前 或落后 哪 。 接下来经判决 , 并 串 变换及解码 即可解调 出本帧数据 。 然后对均衡器 的 权值采用 算法进行调节 。 程序通过对这 部分 信号进行简单的幅值 门限分析 , 很容易判断出是否 收到 了信 号 。 若有则继续接收 否 则结束 。 结 论 本文介绍 了 技术的基本原理 , 提 出了 基于 技术的 电力线数据传输系统方案 。 利 用每个信道独立特性和信道测绘仪算法 , 给每个信 道 分配数据 , 可 以作到灵活处理 , 删除误码 率很 高 的子信道 。 针对 电力线通信信道较高的频率选择 性 , 对每个子信道 与固定调制方 式系统相 比较 , 可 知 系统在信噪 比上有很大的优点 。 参 考 文 献 【 周文俊 , 黎文安 , 林天宝 , 等 中低压 电力线路载波幅频 特性 口 电网技术 , , 一礴 〕原进红 , 匡镜明 时间色散信道中格形编码 的正交频分 复用技术 通信学报 , , 并 【 李刚 数字信号处理器的原理及其开发应用 天津 天津大学出版社 , 一 睁 李引新 , 赵姚 同 正交频分多路 的实现方式 及性能分析 电讯技术 , , 一 【 七 , 【 , , 一 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net