基于OFDM技術(shù)的多頻段電力載波通信裝置實(shí)際應(yīng)用探索

摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，智能配電網(wǎng)的發(fā)展非常的迅速，但是在智能配電網(wǎng)的發(fā)展過程中有許多的傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代化的智能配電網(wǎng)的要求。比如說，電力載波技術(shù)則是遠(yuǎn)遠(yuǎn)的要相比較于智能配電網(wǎng)的整體發(fā)展要有所落后，許多的傳統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)達(dá)不到現(xiàn)代化配電網(wǎng)發(fā)展的需求。那么本文主要介紹的是，基于OFDM技術(shù)的現(xiàn)代化電力載波技術(shù)。該技術(shù)裝置的寬帶相對來說比傳統(tǒng)的載波技術(shù)要更為的靈活，可調(diào)整性的范圍也比較廣。在FPGA芯片中可以實(shí)現(xiàn)裝置收發(fā)前端和物理層的處理，在ARM芯片中則可以實(shí)現(xiàn)MC匯聚層處理。那么對于本文的電力載波通信裝置在進(jìn)行仿真的過程中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本上都符合于標(biāo)準(zhǔn)要求，也因此可以證實(shí)該實(shí)驗(yàn)裝備的可靠性。

關(guān)鍵詞：OFDM技術(shù)；電力載波

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0067-02

1 引 言

科技的不斷發(fā)展也推動(dòng)著智能配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，整個(gè)電力系統(tǒng)的水平也在不斷的提升。這就給技術(shù)較為落后的電力載波通信技術(shù)帶來了極大的困擾。因此，不斷的提高電力線載波通信技術(shù)則迫在眉睫，否則很有可能將會(huì)被其他的技術(shù)進(jìn)行取代。我們知道，對于電線的設(shè)計(jì)，它的主要功能就是傳輸電能，實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)的傳送功能。但是在電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸過程中，將會(huì)有很多的外界因素不斷的對他進(jìn)行干擾，比如說有噪音、震動(dòng)、頻率衰減等等，而且信息的通道一些數(shù)據(jù)也會(huì)隨著時(shí)間、頻率等變化而發(fā)生改變。所以，為了能夠適應(yīng)智能配電網(wǎng)的發(fā)展的需要，就必須要開發(fā)一種新的電力線傳輸?shù)募夹g(shù)。在目前的電力線載波技術(shù)里面有很多的標(biāo)準(zhǔn)，但是在2011年的時(shí)候電力公司將G3-plc通信技術(shù)定義為了電力載波的通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。

2 OFDM系統(tǒng)多頻帶原理分析

通常我們所使用的傳輸通道都有使用光纖或者電纜等等，但是電力線與他們相比，電力線的信息通道特性顯得十分的特殊又富有變化。那么對于信息通道的影響因素里面，主要就包含了兩個(gè)方面的影響。第一個(gè)方面就是噪聲對于信息通道特性的影響，第二個(gè)方面則顯得更為重要，就是頻率衰減特性。

電力線通道的衰減特性，可以分為耦合衰減和線路衰減兩個(gè)方面。造成電力線通道的衰減特性，分為兩個(gè)方面的原因，又有所不一樣。其中造成耦合衰減的主要因素是因?yàn)樽杩沟膯栴}，因?yàn)樽杩篃o法與整個(gè)信息通道相適應(yīng)，這樣就需要改變阻抗的值?；蛘咭部梢詫Ⅰ詈系姆绞竭M(jìn)行變換。而造成線路衰減的因素則是多種多樣的，而主要的原因就是由于各種參數(shù)的參雜不一，使得整個(gè)線路的特性發(fā)生衰減。圖1則是顯示出了在不同的信息通道下電力載波通信特性的衰減。

根據(jù)下面的四個(gè)圖，我們可以發(fā)現(xiàn)不同的載波頻率在不同的信息通道模型下的傳輸距離、工作頻率等等不同也會(huì)導(dǎo)致通信的成功與失敗。

發(fā)現(xiàn)圖1，我們可以看見如果在沒有噪聲對它的特性進(jìn)行干擾的情況下，在9000～50萬Hz的250m中的傳輸中是可以進(jìn)行通信的。然而在350m的信息通道下傳輸是失敗的。因此，對于不同的傳輸距離參數(shù)也會(huì)成為影響線路衰減的主要原因。對于在2000～1.2萬Hz的工作頻率的時(shí)候，那么只有在信息通道模型下才能才能夠成功的進(jìn)行通信。所以可以發(fā)現(xiàn)，對于工作頻率的定義標(biāo)準(zhǔn)通常它只是在固定的距離下進(jìn)行傳輸。當(dāng)距離過遠(yuǎn)的時(shí)候，那么可能會(huì)導(dǎo)致傳輸失敗。但是我們在配電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)過程中，每個(gè)配電網(wǎng)的系統(tǒng)之間的距離并不是固定的，由于地貌的不同所以可能會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)在建設(shè)的過程中兩站之間的距離可能會(huì)非常的大，那么這樣就會(huì)導(dǎo)致信息通道傳輸?shù)氖?。那么針對這樣一種情況，本文在設(shè)計(jì)的過程中進(jìn)行相對的改進(jìn)，對于信息通道的傳輸也取得了不錯(cuò)的效果。

根據(jù)OFDM的相關(guān)技術(shù)可以知道，如果講經(jīng)過調(diào)制的子諧波的信號進(jìn)行合成，那么這樣就可以形成一個(gè)OFDM的信號。通常將OFDM的符號表示為下面的公式。

那么通過圖2我們也可以知道，在OFDM的系統(tǒng)中每一個(gè)FBI的符號都包含了很多個(gè)周期。那么在OFDM符號里面的，各自斜波之間的周期，則只是相差一個(gè)單位。OFDM基本模型框圖如圖2所示。

那么對于子載波之間的相互正交的特性就可以用下面的式子來進(jìn)行具體的表示。在電力系統(tǒng)里面，我們可以根據(jù)仙農(nóng)信息論將離散信息通道的容量由如下的定義。即信息通道在傳輸?shù)倪^程中輸入量和輸出量之間的最大的信息量就定義為離散信息通道的容量。而對于OFDM技術(shù)來說，我們知道，對于信息通道的，帶寬的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在2011年，進(jìn)行了定義。那么，如今的FBI技術(shù)中的信息通道的容量并不是最大值。那么在我們對OFDM技術(shù)進(jìn)行改善的過程中，我們可以將傳送通道中的數(shù)據(jù)的帶寬由帶寬的小范圍到帶寬的大范圍一次遞增，這樣就可以逐漸的擴(kuò)大帶寬的范圍，以擴(kuò)大信息通道的容量，那么數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中就具有很高的穩(wěn)定性。根據(jù)圖3的發(fā)送端數(shù)字前端結(jié)構(gòu)圖，可以發(fā)現(xiàn)在以前的發(fā)送端數(shù)字端，進(jìn)行了改進(jìn)，就是在，發(fā)送端的數(shù)字版，添加了，插值濾波器和一個(gè)混頻器。然后再通過傅里葉變換在時(shí)域的變換就可以產(chǎn)生一個(gè)新的基帶的信號源。那么將這個(gè)產(chǎn)生的新的信號源通過新增加的插值濾波器放大之后，再通過混頻器的處理，這樣就可以變成我們所需要的一個(gè)頻段。

再觀察一下圖4，就是接收端數(shù)字前端的結(jié)構(gòu)圖。那么根據(jù)之前的圖3和圖4，我們知道在發(fā)送端的數(shù)字前端，我們都增加了一個(gè)，插值濾波器和一個(gè)中心頻率的混頻器。那我們在接收端同樣需要增加這兩個(gè)器件，才能夠完成接收端數(shù)字前端結(jié)構(gòu)發(fā)來的信息。那么接收端，再將信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程中，也就是將，發(fā)送的過程進(jìn)行逆變換。第一步就是將混頻器處理過的頻段進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后也就變成了一個(gè)極大的信號源，然后再通過濾波器將這個(gè)信號源進(jìn)行采樣，再通過傅里葉反變換，然后就可以將發(fā)送端傳來的信息進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。那么我們在接收信息的過程中，是需要通過信息通道來進(jìn)行接收的，對于信息通道的選擇并不是由系統(tǒng)的固定的信息通道接受，而是根據(jù)傳送的信息的容量來進(jìn)行選擇。大容量的信息則需要大容量數(shù)據(jù)傳送通道來進(jìn)行接收。

3 載波裝置模型的構(gòu)建

通常的電力載波通信系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成，其中包含了耦合器，電力線，qs，數(shù)據(jù)的接收端和發(fā)送端以及監(jiān)控系統(tǒng)。我們可以發(fā)現(xiàn)有五個(gè)部分，即耦合電路，物理層處理單元，媒體接入控制，收發(fā)前端，和模擬前端。那么對于這五個(gè)部分在前面的相關(guān)內(nèi)容都有著介紹。在這里主要說說一下耦合前端的組成和應(yīng)用。偶和前端，它的全部都是有模擬電路構(gòu)成的，可以實(shí)現(xiàn)電壓的安全隔離，而且還可以對高頻信號進(jìn)行提取讀出。模擬前端在整個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能就是進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換，濾波，然后再放大。

還有就是收發(fā)前端，它主要是由數(shù)字電路，構(gòu)成的。里面主要包含了發(fā)送和接收的通路。對于接收通路來說，它就是利用之前的抽取濾波器以及變頻模塊，將信號轉(zhuǎn)換為基帶的信號源。你們發(fā)送通路就是剛好，把接收通路的這個(gè)過程，進(jìn)行了反變換。

最后再對整個(gè)模型進(jìn)行，實(shí)物裝置以及仿真的過程中，就需要我們對于，頻率進(jìn)行不斷的測試，咱們這個(gè)測試主要是針對新型的psp通信系統(tǒng)。在測試的過程中，我們可以把，psp系統(tǒng)的頻段進(jìn)行分段，那么在每一段的，頻段里面進(jìn)行測試。那么對于測試的結(jié)果，都希望能夠在預(yù)期的目標(biāo)之內(nèi)。通常都是希望能夠把數(shù)據(jù)的，通信時(shí)間延遲時(shí)間，有所控制。如圖4所示：在本文中對于實(shí)物以及仿真就不做詳細(xì)的介紹。

4 結(jié)束語

由于電力系統(tǒng)的快速發(fā)展所導(dǎo)致了多頻段電力載波通信裝置的發(fā)展受到了極為嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。這也使得對于電力載波通訊裝置的研究力度在不斷的加大。根據(jù)本文所涉及的電力載波裝置，可以實(shí)現(xiàn)帶寬在一個(gè)較廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行靈活的調(diào)整，且達(dá)到了數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)要求。那么對于數(shù)據(jù)通信時(shí)延時(shí)間的把控需要在后續(xù)的測試中不斷的去進(jìn)行改進(jìn)，以及在仿真的過程中也需要對每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。希望本文能夠?qū)Χ囝l段電力載波通信裝置的研究有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-4