中壓配電網(wǎng)載波通信是指利用10 kV配電網(wǎng)現(xiàn)有的物理網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信和信息傳遞的技術(shù)。配電網(wǎng)在我國的建設已經(jīng)相當完善，利用配電網(wǎng)實現(xiàn)通信，不需要重新布線，成本低廉，因此受到人們的廣泛關(guān)注。同時，電力線信道噪聲干擾強、頻率選擇性衰落復雜的傳輸特性，嚴重制約著電力線通信的發(fā)展。而調(diào)制方式的加入是有效解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。早期的窄帶調(diào)制方式技術(shù)簡單、容易實現(xiàn)，但隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，傳統(tǒng)的窄帶通信已經(jīng)不能滿足要求，新的調(diào)制技術(shù)——正交頻分復用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)在抗干擾、抗多徑特性以及抗衰減方面具有很強的能力，尤其適用于電力線高速數(shù)字通信, 因此成為目前配電網(wǎng)載波通信調(diào)制方式中的研究熱點。

    本文首先介紹了OFDM的調(diào)制原理，針對中壓電力線信道的特點,基于傳輸線理論建立了其衰減特性模型,仿真了此信道情況下OFDM的誤碼率性能，以及信道特性逐漸惡劣的情況下[1], OFDM的抗頻率選擇性衰落能力，為更好地發(fā)揮OFDM在中壓配電網(wǎng)載波通信中的優(yōu)勢提供一定的參考。
1 正交頻分復用原理
    正交頻分復用是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)[2-3],通過將發(fā)送的數(shù)據(jù)流分解為多個子比特流，使每個子數(shù)據(jù)流的速率迅速降低，從而大大提高了其抗信道衰落、抗多徑的能力。將原信號序列分割成N個子信號后，子信號的碼元速率降為原來的1/N倍，即Rb/N，周期為Ts=NT。然后用這N個子信號分別去調(diào)制N個相互正交的子載波，各個子信道的已調(diào)制信號相加就形成了OFDM發(fā)射信號。實際輸出的信號可以表示為：

    由圖1可見，OFDM在信號發(fā)送時，先對伯努利二進制信號發(fā)生器產(chǎn)生的44 bit(一幀)源數(shù)據(jù)進行RS(15,11)編碼，再進行QPSK信道映射得到30 bit有效數(shù)據(jù)，根據(jù)快速傅里葉逆變換(IFFT)定義，要把數(shù)據(jù)插在低頻處，需要將所得30 bit數(shù)據(jù)搬移到IFFT的兩邊，中間補零，第一位0為DC子載波，接收時容易受到干擾所以也插零。因此有效數(shù)據(jù)所在位置為[2:16,50:64]，其余位為0。再經(jīng)過快速傅里葉逆變換(IFFT)將頻域信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r域信號，IFFT長度為64，Selector模塊參數(shù)設置為[39:64,1:64]將后26個數(shù)據(jù)搬移到數(shù)據(jù)前端作循環(huán)前綴，并進行并/串變換后送入信道。該信道為電力線信道模型，噪聲假設為高斯白噪聲。接收端除了加入信道估計和信道補償部分外，與發(fā)送端過程相反。
2 中壓電力線信道模型
    對中壓電力線信道進行建模，主要考慮強烈的噪聲干擾和復雜的衰減特性對信號的影響。本文假設噪聲為高斯白噪聲，重點對信道的衰減特性進行分析，利用傳輸線理論建立其模型。
   
2.1.3 總體模型
   電力線信道由不同架空線的串聯(lián)單元和不同分支線的并聯(lián)單元組成。由以上分析可知，要建立電力線信道的模型，只需要把參數(shù)相同的一段主干線路或分支線的輸入阻抗等效成一個二端口網(wǎng)絡，再將其級聯(lián)即可。若每一個二端網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)移矩陣為Ai,則級聯(lián)后總的矩陣為:

3 仿真結(jié)果及分析
　通過一系列的仿真測試，繪出了在所測量的信道特性下OFDM系統(tǒng)信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線，如圖5所示?？梢钥闯?OFDM技術(shù)可以在電力線信道下實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，信噪比高于6 dB時，誤碼率明顯下降；信噪比為13 dB時，誤碼率達到10-3以下；經(jīng)RS編碼后信噪比在11.5 dB以上誤碼率即為零。可見編碼方法的加入有效地提高了信號傳輸?shù)目煽啃?。同時，由圖4還可以看出，信噪比逐漸提高時，誤碼率下降卻是比較緩慢的。這是因為系統(tǒng)中所有子載波的位置、調(diào)制方式等都是固定的，并沒有因為信道特性的變化而進行動態(tài)調(diào)整，這樣系統(tǒng)的誤碼率就取決于衰落最嚴重的子載波。

    隨著電力線信道特性逐漸惡劣，深度衰減頻段逐漸增加，信號傳輸?shù)目煽啃源笫苡绊憽D6畫出了子載波通過率越來越大的情況下，信號的傳輸效果。未經(jīng)RS編碼時，當深度衰落高于12%，即子載波通過率低于88%時，誤碼率均在10-2以上，通信可視為中斷；隨著子載波不斷增加誤碼率迅速下降，90%以后，誤碼率下降到10-4以下。經(jīng)過RS編碼，78%的子載波通過后誤碼率即為零，抗衰落性能得到明顯改善。除了對信號進行編碼以外，由于OFDM是把信道劃分為若干子信道，可以根據(jù)信道實際傳輸情況靈活地分配發(fā)送功率和信息比特，更加有效地利用信道資源。

    OFDM技術(shù)是現(xiàn)代電力線通信的關(guān)鍵技術(shù),為研究其克服電力線信道頻率選擇性衰落的能力，本文在Matlab/Simulink平臺上設計并實現(xiàn)了基于OFDM的中壓電力線載波通信系統(tǒng)仿真，其中電力線信道是根據(jù)山西某中壓配電網(wǎng)的衰減特性建模，仿真結(jié)果驗證了OFDM技術(shù)在中壓電力線多徑衰落信道的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)高速的數(shù)據(jù)通信。當信道特性逐漸惡劣時，深度衰落在12%以內(nèi)的范圍，OFDM仍能可靠通信，經(jīng)過RS編碼，78%的子載波通過后誤碼率即為零，明顯地提高了系統(tǒng)抗多徑衰落的能力。
參考文獻
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