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电力线网络是覆盖范围最广的网络,利用电力线网络作为传输信息的介质可以提供覆盖范围最广的服务,并且可以降低敷设新的通信网络时所需的成本。研究电力线载波通信(Power Line Communication,PLC)技术具有重大的实用价值。本文研究的侧重点是用于智能电表中的窄带PLC调制解调器。
针对频率资源紧张问题而设计的扩展二元相移键控(Extended Binary Phase-Shift Keying,EBPSK)调制技术能够有效提高频带利用率。接收端的冲击滤波器能将EBPSK调制波形的相位信息转化为幅度信息来判决发送码元,不存在相位检测问题,因此可以大大简化接收机的结构。此外,由于冲击滤波器带宽非常窄,可以滤除大部分噪声,因此使用冲击滤波器的EBPSK调制系统具有很强的抗噪声干扰能力。
基于以上分析,本文将基于EBPSK的超窄带调制解调器应用于低压窄带PLC系统的物理层。研究了EBPSK接收滤波器的设计方法、低压PLC系统的信道和噪声模型以及PLC系统的硬件实现。
首先,介绍了EBPSK调制技术,详细分析了冲击滤波器的设计原理,在此基础上推导了优化滤波器性能的目标函数和约束条件,使用最优化方法设计出了高性能的EBPSK调制信号的数字滤波器;
其次,对低压电力线信道的信道特性和噪声特性进行了分析,并在分析的基础上,介绍了信道、背景噪声、窄带噪声和脉冲噪声的建模方法,对EBPSK调制解调器在电力线信道下的误码率性能进行了仿真分析,为系统设计提供了基础和依据;
然后,提出了系统基带处理部分的结构和实现,给出了串口通信模块、调制模块、冲击滤波器和位同步模块的具体实现;
最后,提出了本文实现的电力线通信系统模拟前端的整体构架,设计了实现EBPSK信号在电力线上传输的信号耦合电路、吸收破坏性脉冲的保护电路、发送信号功率放大电路、接收信号放大电路和ADC/DAC电路,并在实验室电网环境下对设计的电力线通信系统进行了测试,结果表明设计的系统达到了较理想的通信性能。