OFDM 技术在电力线通信中的应用

　　摘要：在未来网络通信中，随着电力线通信技术的不断成熟与发展，电力线通信将与光纤通信网络、无线通信网络、有线电视网络一起，组成国内数据通信的主要传输网络。OFDM 通信技术的研发与使用，成功地解决了电力线通信过程中信号噪声大、干扰强、衰减大、传播速率慢等问题，能够为用户提供一个面向家庭服务的、廉价便捷的、可以实现远程智能家电控制、网络教学娱乐和信息交换等功能的网络服务平台。

　　0 引言

　　电力线通信与其它通信网络相比，有着资源广阔、与家庭结合紧密等优势。目前，电力线通信技术在欧美等国家研究起步较早，技术较为成熟，并实现了小范围的电力线网络通信，而在我国，电力线通信技术处于起步阶段，在OFDM 技术芯片研制中与欧美等发达国家相比还有较大差距。随着我国科技投入地不断增大和科技实力地不断提升，我们应清醒地看到研制电力线通信网络及其附属设备的现实性与紧迫性。

　　1 电力线通信概念及前景展望

　　1.1 电力线通信的概念及特点

　　所谓电力线通信，其英文全称为 Power LineCommunication,是指利用电力传输网络，实现各端口节点、用户终端之间的数据传输通信，并实现与其它通信网络数据互通的系统。其优点为网络铺设范围广泛、架设简单方便、一线多用、各类用电器均可通过电力线实现远程智能控制。我们在看到电力线通信优点的同时，也要清醒的看到电力线通信有其自身所固有的缺点，例如：信号衰减强、噪声干扰大、通信线路阻抗小。此外，由于电力线通信缺乏高效的调制方法，导致了其长时期发展缓慢。

　　1.2 电力线通信前景展望

　　未来的通信网络发展方向将是不同通信网络之间在功能与业务上的融合。不同的传输网络根据自身的特点，构建相应的传输网络平台，取长补短，相互补充，既优化了网络运营模式，又降低了网络运行的风险。

　　电力线通信由于受自身特性的束缚，可以作为辅助通信网络，与其它通信网络互为补充。根据其自身优势，组建局域网，提供主要面向家庭或单位服务的、廉价便捷的、可以实现远程智能控制的网络服务。

　　1.3 制约电力线通信的因素

　　1.3.1 噪声与干扰

　　电力线通信存在一个致命的弱点，在信道传输过程中随机产生突发性强噪声干扰，导致了电力现通信技术的长期缓慢发展。

　　1.3.2 输入阻抗及其变化

　　我们对电力线进行性能测试分析，结果证明电力线上的输入阻抗与传输信号的频率密切相关。由于电力线上终端设备的种类和数量较为复杂，导致了其输入阻抗的不可预测。由于电力线输入阻抗的复杂性和无规律性，导致发送和接收设备的输出输入阻抗难以相互匹配，从而在电路设计上存在很大困难。

　　1.3.3 信号的衰减

　　实验证明，电力线上信号的衰减与传输距离和通信频率有关。信号的衰减受通信距离的影响较大，每公里信号衰减通常为10 dB-100 dB 不等。衰减特性限制了通信距离。正因如此，电力线通信方式更适合构建较小规模的局域网。此外，信号衰减也与通信频率有关。传输信号的通信频率大于100 kHz 时，频率每增加 1 kHz 衰减增加0.25 db.

　　2 OFDM 技术在电力线通信中的应用

　　由于电力线通信受各种瓶颈的制约，导致了其发展速度的缓慢，随着OFDM 技术的研发与使用，实现了电力线通信宽带、高速化传输，并发展成为电力线通信步入成熟阶段的一个重要标志。OFDM 技术其英文全称为orthogonal frequency pisionmultiplex,即正交频分复用技术。OFDM 是一种多载波调制技术，其主要原理是将串行数据转换为N 个并行数据，并分配给 N 个不同的正交子载波。其特点是传输速率高、频带利用率高、抗御码间干扰和信道衰减能力强、信道均衡技术简单、调制解调实现简单等。目前，欧美等发达国家电力线通信采用的都是OFDM调制技术。例如：德国采用 OFDM 技术研制的INT5130 芯片，实现了 14 Mbit/s 的传输速率，西班牙采用 OFDM 技术研制的DSS4200 芯片，其传输速率高达 45 Mbit/s.

　　3 电力线OFDM 信道估计算法分析

　　3.1 OFDM 信道估计

　　信道估计是通过利用不同算法估计从发送端口到接收端口之间电力线传输信道的频率响应。信号经电力线传输后，信号幅度和相位将产生严重变形，并叠加了各种噪声干扰，通过在接收端接收受干扰的信号序列，从而准确地辨识信道的时域和频域的频率响应及传输特性。OFDM 是一种多载波调制技术，在通信过程中可以实现实时数据分配，通过测量信道的传输特性，减小了信号传输中的衰减，增大了信噪比，并提高了传输速率。

　　3.2 基于导频的信道估计方法

　　频域导频技术是OFDM 系统中传输信道估计的方法之一。其工作原理为：在发射端将导频符号按一定编码规律插入数据码流中，经信道传输后，在接收端将该导频符号从数据码流中取出，根据导频符号的位置获取通信信道的传输函数。频域导频技术能有效地减少信道噪声干扰和信道衰减对传输信号的影响，是OFDM 调制系统中较为常用的信道估计方法。目前所研发的频域导频信道估计方法共分为3 种方式：正方形导频方式、块状导频方式和梳状导频方式。其中，正方形分布的导频方式，是指在时间域和频率域上导频信号成等间隔分布。这种导频方式的信道估计，运算量大，方法较为复杂。因此，我们通常采用块状导频和梳状导频方式进行信道估计，获得该电力线通信信道的信道特征和频率响应。

　　总之，低压电力线传输方式有着自身的优点与缺点，这就要求我们对低压电力线信道特性有全面深入地了解，合理选择调制解调方式及通信协议，终实现低压电力线数据通信的稳定、可靠。