船舶通信中電力線載波技術的應用分析

張德均 朱進渝 蘭榮富

【摘要】 在通信方式中，電力線載波通信是其重要的一種；且隨著信息技術與網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛應用到各個領域。而電力載波技術在船舶通信中的應用已成為當前發(fā)展的必然趨勢。因此，對船舶通信中電力載波技術的應用進行分析，有著重要的意義。本文先對電力線載波技術做一個概述，然后再具體對解決船舶電力線載波通信技術的策略進行闡述，以此來為業(yè)內(nèi)人士提供相關的參考依據(jù)。

【關鍵詞】 船舶通信 電力線 載波通信 OFDP

當前，船舶通信的內(nèi)容主要由廣播電視、局域網(wǎng)以及電話構(gòu)成；且其通信技術通常為雙絞線。這種通信技術雖然具有抗干擾好、效果好以及效率高等優(yōu)點；但是其成本非常高，且電纜常因各種因素（如，船舶設備數(shù)量的增加或者是減少等）的影響而發(fā)生變動，從而使得其成本大大增加。而電力線載波技術是一種新型的通信方式。加之，據(jù)相關實踐研究結(jié)果表明，電力線載波技術在船舶通信中的應用不僅能有效的對船舶的通信成本進行控制，而且還能有效的提高其通信的水平。因此，對船舶通信中電力線載波技術的應用進行分析已成為當前研究的重要課題之一。

一、電力線載波技術概述

1.1電力線載波技術的含義

電力線載波技術是 指采用電力線進行數(shù)據(jù)和信號通信的一種方式，主要被應用于電力網(wǎng)通信領域之中。而電力線載波通信即是電力載波通訊（Power line Communication，PLC），它是通過利用現(xiàn)有的電力線并以載波的方式將模擬或者數(shù)字信號進行高速傳輸?shù)囊环N技術。同時，電力線載波通信也是電力系統(tǒng)特有的通信方式，現(xiàn)已被廣泛應于各個領域。且伴隨著信息技術和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，電力線載波技術會越來越成熟。

1.2電力線載波技術的優(yōu)點

之所以要將電力線載波技術應用到船舶通信之中，主要是因為其具有無可比擬的優(yōu)勢。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，它能夠有效的減少因信道的時間彌散性而造成的影響，從而可以盡可能地避免電力線通信環(huán)境中的信道受到干擾；二是，它能夠通過分配突發(fā)性干擾信道的方式來將突發(fā)性干擾轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機信號，以此來使得信號通過簡單的糾錯就能夠?qū)⑿盘栠M行恢復，從而有效的減少電力線通信環(huán)境中因信道衰減而帶來的副作用；三是，它還能有效的抵抗窄帶而帶來的干擾；四是，它的安裝較為簡單且設置也較為靈活，從而為用戶寬帶、互聯(lián)帶的鋪設提供了方便，進而有利于促進智能家庭自動化的實現(xiàn)；五是，它為電力公司的電力管理提供了一個傳輸?shù)耐ǖ溃瑥亩欣陔娏?、圖像綜合業(yè)務、話音以及數(shù)據(jù)傳輸通信技術的實現(xiàn)；等等。

1.3電力線載波技術在船舶通信中存在的問題

目前，電力線載波技術在船舶通信中存在的問題主要表現(xiàn)在兩個方面，即通信噪音問題和信號衰減。由于本文篇幅有限，本文主要對通信噪音問題進行分析。一般而言，通信噪音主要由無線電廣播受到干擾和低壓電網(wǎng)出現(xiàn)相連負載所致。噪音問題的出現(xiàn)，會使得電力線在傳送數(shù)據(jù)時引發(fā)一系列各種問題，從而大大加大了確保數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的難度。同時，通信噪音會隨著時間與地點的不同而發(fā)生變化。因此，相關部門或單位必須對通信噪音問題進行分析，并采取行之有效的策略進行解決。

二、解決船舶電力線載波通信技術的策略

由上文可知，噪音問題是電力線載波技術在船舶通信中存在的最主要問題；其是否能夠得到解決直接關系到電力線載波技術能否順利地應用到船舶通信之中。因此，相關部門或單位必須采取行之有效的措施來解決這一問題。據(jù)相關實踐研究結(jié)果表明，利用正交頻分復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是解決通信噪音問題的主要有效手段之一。筆者以分析電力線通信環(huán)境中噪音的特性為出發(fā)點，以OFDM技術中的相關內(nèi)容為基礎，并結(jié)合相關的工作經(jīng)驗來總結(jié)出以下解決思路和方法：

2.1電力線通信環(huán)境中噪音的特性

由于船舶電力系統(tǒng)具體復雜性的特性，使得通信噪音也具有這一特性。通過相關的研究和分析可知，電力通信環(huán)境中噪音的特性主要包括：周期性、隨機性、持續(xù)性以及多變性。其中，周期性的噪音是由諧波噪音頻率達到交流電頻率的倍數(shù)而產(chǎn)生的，主要受船舶的大小、線路的負載情況以及用電設備的數(shù)量等各種因素的影響。同時，這還會給電力線載波通信帶來嚴重的影響，如誤碼率上升、通信信噪比降低以及信號頻譜被噪音頻譜所覆蓋等。隨機性噪音主要由船舶復雜的電力網(wǎng)的操作而引起的，通常表現(xiàn)為短時間的脈沖噪音。持續(xù)性噪音主要由船舶中電力設備的負荷、相位以及周期發(fā)生變化而引起的；而多變性噪音則是指噪音會隨著時間與地點的變化而變化，其對電力線載波技術在船舶通信中應用的影響最小。

2.2 OFDM技術的相關內(nèi)容

OFDM是一種多載波調(diào)制，它是在多載波調(diào)制（MultiCarrier Modulation，MCM）的基礎上發(fā)展而來的。同時，它的調(diào)制是在快速傅里葉逆變換（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT）的基礎上實現(xiàn)的，其解調(diào)則是在快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）的基礎上實現(xiàn)的。目前，OFDM載波技術是現(xiàn)實復雜度最低且應用最為廣泛的多載波傳輸方案中的一種。

將OFDM技術應用到電力線載波通信上的作用主要在于是電力線上的高速數(shù)據(jù)通信成為可能。其基本原理主要表現(xiàn)為：將可用的信道帶寬劃分成多個子信道，且每個子信道應無限接近于理想信道；同時，通過利用載波的正交性而使得在規(guī)定范圍頻段內(nèi)的載波輸出一定的速率數(shù)據(jù)。值得注意的是，總的傳輸速率是由所有載波傳輸數(shù)據(jù)合成的。

2.3措施

雖然電力線的船舶通信技術取得了較大的成就；但是因通信噪音問題的存在及通信噪音本身的特性而使得其發(fā)展較為緩慢，從而導致某些假設與模型并不能真正地應用到實際中去。而通過根據(jù)通信噪音的特性而對電力線載波技術進行改進，能夠有利于其在船舶通信中的進一步利用。根據(jù)相關的實踐研究并結(jié)合相關的工作經(jīng)驗，解決通信噪音問題的措施主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，以提高信號接收端可靠性和靈敏度的方式來解決因信號頻譜被覆蓋而產(chǎn)生的通信噪音，從而能實現(xiàn)對信號進行正確識別的目的；二是，為了盡可能地避免周期性噪音和突發(fā)性噪音對通信造成干擾，則相關部門可以采取有效的對策對信號收發(fā)的運行體制進行強化；同時，信號收發(fā)的運行體制主要包括預讀機制、重發(fā)機制以及糾錯功能等；三是，為了進一步解決通信中存在的噪音和衰減問題，相關部門還可以通過利用擴頻通信技術來進一步提高電力線載波通信系統(tǒng)的生存能力；四是，為了從根本上解決電力線載波技術在船舶通信應用的噪音問題，相關部門或單位則應將OFDM技術引入其中，并采取行之有效的措施不斷對其進行優(yōu)化；值得注意的是，相關部門或單位應不斷加強OFDM技術的解碼能力、編碼能力以及抗衰減能力。

2.4基于OFDM電力線傳輸在船舶通信系統(tǒng)中應用的關鍵技術

在上述措施中，OFDM技術的應用和優(yōu)化是解決電力載波技術在船舶通信應用中噪音問題的關鍵。因此，相關部門或單位對基于OFDM電力線傳輸在船舶通信系統(tǒng)中應用的關鍵技術進行分析，有著重要的意義。一般而言，OFDM應用的關鍵技術主要包括同步問題和非線性失真問題，其具體內(nèi)容如下：

2.4.1 OFDM的同步問題

由于在多載波系統(tǒng)中，若載波頻率出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，則會對子信道產(chǎn)生嚴重的干擾。而OFDM系統(tǒng)屬于多載波系統(tǒng)，且其輸出信號是由多個子信道信號合成的。因此，這使得對OFDM系統(tǒng)中子信道信號的正交性的要求非常嚴格。目前，同步仍是OFDM技術中的難點之一。一般而言，OFDM的同步問題主要包括時鐘位置偏移、采樣頻率偏移以及載波頻率偏移。要解決OFDM的同步問題關鍵在于其同步算法。當前，OFDM的同步算法被大致分為兩類，即通過利用長訓練序列或者是導頻信號來實現(xiàn)載波同步的目的和通過利用OFDM循環(huán)前綴的相關性來達到系統(tǒng)同步的目標。前一類算法雖然其性能較好，但是它會給功率和帶寬造成一定的損失；而后一類算法不僅能精確地完成載波的同步，而且還滿足了電力線高速率、高實時性以及短突發(fā)的要求?；诖耍鉀QOFDM的同步問題，則應選擇第二種同步算法。

2.4.2 OFDM的非線性失真問題

由于OFDM系統(tǒng)的輸出是由多個子載波信號組成的，當所有信號的相位一致時，則會導致其輸出的瞬時功率會遠大于其平均功率?；诖耍粝到y(tǒng)的線性范圍滿足不了信號變化的要求，則會導致OFDM出現(xiàn)非線性失真問題。因此，為了盡可能地避免這一問題的發(fā)生，則應在大功率補償?shù)臓顟B(tài)下進行相應的工作。要實現(xiàn)這一點，相關部門或單位則應采取相應的技術來對OFDM信號的峰平功率比進行降低，以此來使系統(tǒng)的整個性能獲得提高。

三、結(jié)束語

綜上所述，電力線載波技術是一項主要的通信方式，現(xiàn)已被廣泛應用于各個領域。伴隨著信息技術和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，電力線載波技術會越來越成熟?；诖耍巴ㄐ胖须娏€載波技術的應用已成為必然發(fā)展的趨勢。而目前，電力線載波技術在船舶通信中的應用存在噪音問題。因此，相關部門或單位必須對噪音問題進行分析，并采取行之有效的措施進行解決。由于本文篇幅有限，必然存在不足之處。故而，這還需要我們進一步對船舶通信中電力線載波技術的應用進行探討和分析。

參 考 文 獻

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