專利名稱：一種基于ofdm的電力線載波通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力線載波通信是利用電力線作為信息傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊的通信方式。近年來，隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展，以及社會(huì)對(duì)電力線載波通信技術(shù)的需求的增加，這門技術(shù)日益正受到人們的關(guān)注。電力線載波通信雖然有很多的優(yōu)勢(shì)，但是影響和制約其發(fā)展的主要因素在于信道問題。目前的各種載波通信的研究中，正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OFDM)調(diào)制，無疑是一種解決電力線通信的有效方案。OFDM采用將低速的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成多路的并行信號(hào)，并加載在多個(gè)正交的子頻帶中進(jìn)行傳輸，大大的降低了信道的干擾和電力線衰弱，從而提高了通信的可靠性?；贠FDM調(diào)制的電力線載波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前主要有兩類設(shè)計(jì)方案第一類是以DSP為核心器件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如Hen-Geul Yeh and Victor R. Ramirez采用TMS320VC5416處理器結(jié)合PSK和QAM等數(shù)字調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，Kaizhuo Lei, Zhenhua Yan等人采用ADSP — TSlOl處理器結(jié)合QAM方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。 第二類是以現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)為核心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此搭建方案，是將片上系統(tǒng) (SOC-System on Chip)的觀念和理論應(yīng)用到基于OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，F(xiàn)PGA在系統(tǒng)中也主要完成基帶OFDM調(diào)制解調(diào)的功能?，F(xiàn)有的方案采用的核心器件都為單一的DSP，或單一的FPGA，這些核心器件在完成對(duì)信號(hào)的調(diào)制及解調(diào)的同時(shí)，還需要對(duì)信號(hào)的傳輸進(jìn)行控制，其負(fù)擔(dān)往往較重，因此，通常都運(yùn)行在高負(fù)荷狀態(tài)下，對(duì)于運(yùn)行速度及運(yùn)行的穩(wěn)定性有一定影響?，F(xiàn)有的方案在實(shí)現(xiàn)上采用的核心器件雖然有些不同，但都會(huì)不可避免的碰到OFDM 高峰均比的問題。高峰均比帶來最嚴(yán)重的影響是在發(fā)射端和接收端的功率放大器上。由于一般的功率放大器都不是線性的，而且其動(dòng)態(tài)范圍也是有限的，所以當(dāng)OFDM系統(tǒng)內(nèi)，這種變化范圍較大的信號(hào)通過非線性部件(例如，進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域)時(shí)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生非線性失真，產(chǎn)生諧波，造成較明顯的頻譜擴(kuò)展干擾以及帶內(nèi)信號(hào)畸變，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能的下降，而且同時(shí)還會(huì)增加A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度并且降低他們的準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一提高運(yùn)行速度及穩(wěn)定性的電力線載波通信系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)，包括連接在電力線上的發(fā)送端及接收端，其特征在于發(fā)送端包括發(fā)送端MCU 模塊，發(fā)送端MCU模塊依次串聯(lián)發(fā)送端DSP模塊、DAC轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、功率放大電路及上行耦合電路；接收端包括下行耦合電路，下行耦合電路依次串聯(lián)低噪放大電路、帶通濾波電路、 自動(dòng)增益電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、接收端DSP模塊及接收端MCU模塊。進(jìn)一步，在發(fā)送端MCU模塊及接收端MCU模塊上分別連接一顯示屏。[0009]本實(shí)用新型以MCU控制器和DSP相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案來構(gòu)建電力線載波通信系統(tǒng)， 以DSP作為數(shù)據(jù)調(diào)制和解調(diào)的核心，完成OFDM的核心算法，以MCU作為控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，這樣大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度及穩(wěn)定性。同時(shí)，在DSP內(nèi)可以構(gòu)造N階矩陣T和預(yù)補(bǔ)償技術(shù)來解決高峰均比的問題。

圖1為本實(shí)用新型提供的一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。如圖1所示，為本實(shí)用新型提供的一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)，包括連接在電力線上的發(fā)送端及接收端，其特征在于發(fā)送端包括發(fā)送端MCU模塊，發(fā)送端MCU模塊依次串聯(lián)發(fā)送端DSP模塊、DAC轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、功率放大電路及上行耦合電路；接收端包括下行耦合電路，下行耦合電路依次串聯(lián)低噪放大電路、帶通濾波電路、 自動(dòng)增益電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、接收端DSP模塊及接收端MCU模塊。其中，在發(fā)送端MCU模塊及接收端MCU模塊上分別連接一顯示屏。本系統(tǒng)中MCU選用NXP的LPC2132 ARM單片機(jī)。顯示屏采用32(^240的點(diǎn)陣模塊 HG320240G，內(nèi)嵌32K的顯示存儲(chǔ)空間，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)畫面的切換。HG320240G通過21針接口與外圍及MCU相連接，其中與MCU相連接的有15腳，其中8個(gè)數(shù)據(jù)腳，6個(gè)控制腳。MCU和顯示屏通信采用并行傳輸?shù)姆绞?。MCU的P0. 8-P0. 15腳來和顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而P0. 7， Pl. 24，Pl. 23，Pl. 22來控制顯示屏的/RD，/WR，AO, /CS，E-LED引腳，配合數(shù)據(jù)腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。MCU的P0. 17腳，連接顯示屏的/RES，當(dāng)顯示屏出現(xiàn)異常時(shí)可以用來復(fù)位顯示屏。 MCU的P0. 16腳，連接顯示屏的E-LED腳，用來控制顯示屏的背光。本系統(tǒng)采用TMS320C6701EVM通用DSP平臺(tái)作為數(shù)字調(diào)制和解調(diào)的中心。MCU和 TMS320C670IEVM之間采用串口連接。由于TMS320C6701沒有UART，但是他有兩個(gè)McBSP和 SPI兼容，所以選用了一塊SPI轉(zhuǎn)UART芯片MAX3100來作為接口轉(zhuǎn)換。DSP的McBSPO 口和MAX3100來連接。當(dāng)DSP有數(shù)據(jù)要發(fā)送給MCU時(shí)，通過DXO腳發(fā)送到MAX3100的DIN腳， MAX3100將信號(hào)轉(zhuǎn)換成UART信號(hào)，通過TX引腳轉(zhuǎn)發(fā)到MCU。當(dāng)MAX3100接收到來自MCU的數(shù)據(jù)，發(fā)給DSP —個(gè)中斷，然后DSP通過一定的時(shí)序來接收數(shù)據(jù)，從而達(dá)到雙向通信的目的。濾波電路是以運(yùn)放芯片LM358為基礎(chǔ)搭建的。輸入信號(hào)經(jīng)過一個(gè)4. 7K的電阻，數(shù)據(jù)運(yùn)放的正極。輸出電壓通過一個(gè)IOK的電阻，反饋到負(fù)極，形成一個(gè)電壓的跟隨器，使得信號(hào)的輸出阻抗變小，增強(qiáng)了信號(hào)的傳輸能力。在本方案中采用專用功率放大芯片TLE2301來實(shí)現(xiàn)功率的放大。采用正負(fù)雙電源輸入，反向放大的模式。輸入信號(hào)經(jīng)過阻值為2. 4k的R305之后連接到TLE2301的差分負(fù)極輸入腳，正極輸入腳連接到Vldref腳，這個(gè)腳可以選擇連接到地，形成反向放大，也可以連接到6V的電平上，形成一個(gè)偏置。TLE2301的1腳和16腳接兩個(gè)39pF和12pF的電容， 組成一個(gè)回饋比較網(wǎng)絡(luò)。R306是反饋電阻，阻值為4. 7k。TLE2301的輸出經(jīng)通過R307，成為最終輸出。其中二極管D301和D302是作為過壓保護(hù)。由于R307的阻值很小，所以輸出阻抗很小。[0019]在發(fā)射端，由MCU控制器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列數(shù)據(jù)，顯示在屏上，并發(fā)送到DSP進(jìn)行 OFDM的調(diào)制，經(jīng)過DSP處理的數(shù)據(jù)通過DAC轉(zhuǎn)換后，先進(jìn)行低通濾波將高頻雜波去除，此時(shí)信號(hào)傳輸能力得到了增強(qiáng)，但是功率還很微弱，還需要進(jìn)行功率放大之后才能發(fā)送，由于之前的電路都是輸入弱電，而電力線是220V的強(qiáng)電，所以要將OFDM調(diào)制的信號(hào)加載到電力線上去就必須進(jìn)行耦合，耦合之后的信號(hào)再發(fā)送到電力線上傳輸。同樣，在接受端，來自電力線的信號(hào)經(jīng)過耦合電路解調(diào)出高頻的信號(hào)，然后經(jīng)過低噪放大，帶通濾波，和可控的增益放大電路，最后送到AD轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號(hào)送到DSP中進(jìn)行OFDM 解調(diào)處理，最后，MCU控制器從DSP處接收處理完的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到顯示屏上顯示。本實(shí)用新型利用現(xiàn)有的電力線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，可以極大的節(jié)省通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的費(fèi)用并簡(jiǎn)化通信設(shè)備線路，節(jié)約了建設(shè)成本，避免的通信線路的二次建設(shè)，有效地充分利用社會(huì)資源。同時(shí)，采用OFDM調(diào)制的通信模式，大大的降低了信道的干擾和電力線衰弱，具有更有效的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗突發(fā)干擾噪聲的能力，保證了信息傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。而且，針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的高峰均比問題，提出的構(gòu)造N階矩陣T和預(yù)補(bǔ)償技術(shù)的系統(tǒng)方案，有效的避免了系統(tǒng)的非線性失真和頻譜擴(kuò)散。本實(shí)用新型以MCU控制器和DSP相結(jié)合的硬件設(shè)計(jì)方案，具有健壯性和穩(wěn)定性，使得基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)，包括連接在電力線上的發(fā)送端及接收端，其特征在于發(fā)送端包括發(fā)送端MCU模塊，發(fā)送端MCU模塊依次串聯(lián)發(fā)送端DSP模塊、DAC轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、功率放大電路及上行耦合電路；接收端包括下行耦合電路，下行耦合電路依次串聯(lián)低噪放大電路、帶通濾波電路、自動(dòng)增益電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、接收端DSP模塊及接收端MCU模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)，其特征在于在發(fā)送端 MCU模塊及接收端MCU模塊上分別連接一顯示屏。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)，包括連接在電力線上的發(fā)送端及接收端，其特征在于發(fā)送端包括發(fā)送端MCU模塊，發(fā)送端MCU模塊依次串聯(lián)發(fā)送端DSP模塊、DAC轉(zhuǎn)換電路、低通濾波功率放大電路及上行耦合電路；接收端包括下行耦合電路，下行耦合電路依次串聯(lián)低噪放大電路、帶通濾波電路、自動(dòng)增益電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、接收端DSP模塊及接收端MCU模塊。本實(shí)用新型以MCU控制器和DSP相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案來構(gòu)建電力線載波通信系統(tǒng)，以DSP作為數(shù)據(jù)調(diào)制和解調(diào)的核心，完成OFDM的核心算法，以MCU作為控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，這樣大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度及穩(wěn)定性。同時(shí)，在DSP內(nèi)可以構(gòu)造N階矩陣T和預(yù)補(bǔ)償技術(shù)來解決高峰均比的問題。
文檔編號(hào)H04L27/26GK202231715SQ201120311949
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者仇潤(rùn)鶴, 周瀟, 韓璐 申請(qǐng)人:東華大學(xué)