OFDM 技術在電力線通信中的應用

李偉，江楠

（91550部隊，遼寧省大連市，116023）

電力線通信與其它通信網絡相比，有著資源廣闊、與家庭結合緊密等優勢。目前，電力線通信技術在歐美等國家研究起步較早，技術較為成熟，并實現了小范圍的電力線網絡通信，而在我國，電力線通信技術處于起步階段，在OFDM 技術核心芯片研制中與歐美等發達國家相比還有較大差距。隨著我國科技投入地不斷增大和科技實力地不斷提升，我們應清醒地看到研制電力線通信網絡及其附屬設備的現實性與緊迫性。

1 電力線通信概念及前景展望

1.1 電力線通信的概念及特點

所謂電力線通信，其英文全稱為 Power Line Communication，是指利用電力傳輸網絡，實現各端口節點、用戶終端之間的數據傳輸通信，并實現與其它通信網絡數據互通的系統。其優點為網絡鋪設范圍廣泛、架設簡單方便、一線多用、各類用電器均可通過電力線實現遠程智能控制。我們在看到電力線通信優點的同時，也要清醒的看到電力線通信有其自身所固有的缺點，例如：信號衰減強、噪聲干擾大、通信線路阻抗小。此外，由于電力線通信缺乏高效的調制方法，導致了其長時期發展緩慢。

1.2 電力線通信前景展望

未來的通信網絡發展方向將是不同通信網絡之間在功能與業務上的融合。不同的傳輸網絡根據自身的特點，構建相應的傳輸網絡平臺，取長補短，相互補充，既優化了網絡運營模式，又降低了網絡運行的風險。

電力線通信由于受自身特性的束縛，可以作為輔助通信網絡，與其它通信網絡互為補充。根據其自身優勢，組建局域網，提供主要面向家庭或單位服務的、廉價便捷的、可以實現遠程智能控制的網絡服務。

1.3 制約電力線通信的因素

1.3.1 噪聲與干擾

電力線通信存在一個致命的弱點，在信道傳輸過程中隨機產生突發性強噪聲干擾，導致了電力現通信技術的長期緩慢發展。

1.3.2 輸入阻抗及其變化

我們對電力線進行性能測試分析，結果證明電力線上的輸入阻抗與傳輸信號的頻率密切相關。由于電力線上終端設備的種類和數量較為復雜，導致了其輸入阻抗的不可預測。由于電力線輸入阻抗的復雜性和無規律性，導致發送和接收設備的輸出輸入阻抗難以相互匹配，從而在電路設計上存在很大困難。

1.3.3 信號的衰減

實驗證明，電力線上信號的衰減與傳輸距離和通信頻率有關。信號的衰減受通信距離的影響較大，每公里信號衰減通常為10 dB-100 dB 不等。衰減特性限制了通信距離。正因如此，電力線通信方式更適合構建較小規模的局域網。此外，信號衰減也與通信頻率有關。傳輸信號的通信頻率大于100 kHz時，頻率每增加1 kHz 衰減增加0.25 db。

2 OFDM 技術在電力線通信中的應用

由于電力線通信受各種瓶頸的制約，導致了其發展速度的緩慢，隨著OFDM 技術的研發與使用，實現了電力線通信寬帶、高速化傳輸，并發展成為電力線通信步入成熟階段的一個重要標志。OFDM 技術其英文全稱為orthogonal frequency division multiplex，即正交頻分復用技術。OFDM 是一種多載波調制技術，其主要原理是將串行數據轉換為N個并行數據，并分配給 N個不同的正交子載波。其最大特點是傳輸速率高、頻帶利用率高、抗御碼間干擾和信道衰減能力強、信道均衡技術簡單、調制解調實現簡單等。目前，歐美等發達國家電力線通信采用的都是OFDM調制技術。例如：德國采用 OFDM 技術研制的INT5130芯片，實現了14 Mbit/s的傳輸速率，西班牙采用 OFDM 技術研制的DSS4200芯片，其傳輸速率高達45 Mbit/s。

3 電力線OFDM 信道估計算法分析

3.1 OFDM 信道估計

信道估計是通過利用不同算法估計從發送端口到接收端口之間電力線傳輸信道的頻率響應。信號經電力線傳輸后，信號幅度和相位將產生嚴重變形，并疊加了各種噪聲干擾，通過在接收端接收受干擾的信號序列，從而準確地辨識信道的時域和頻域的頻率響應及傳輸特性。OFDM 是一種多載波調制技術，在通信過程中可以實現實時數據分配，通過測量信道的傳輸特性，減小了信號傳輸中的衰減，增大了信噪比，并提高了傳輸速率。

3.2 基于導頻的信道估計方法

頻域導頻技術是OFDM 系統中傳輸信道估計的方法之一。其工作原理為：在發射端將導頻符號按一定編碼規律插入數據碼流中，經信道傳輸后，在接收端將該導頻符號從數據碼流中取出，根據導頻符號的位置獲取通信信道的傳輸函數。頻域導頻技術能有效地減少信道噪聲干擾和信道衰減對傳輸信號的影響，是OFDM 調制系統中較為常用的信道估計方法。目前所研發的頻域導頻信道估計方法共分為3種方式：正方形導頻方式、塊狀導頻方式和梳狀導頻方式。其中，正方形分布的導頻方式，是指在時間域和頻率域上導頻信號成等間隔分布。這種導頻方式的信道估計，運算量大，方法較為復雜。因此，我們通常采用塊狀導頻和梳狀導頻方式進行信道估計，獲得該電力線通信信道的信道特征和頻率響應。

總之，低壓電力線傳輸方式有著自身的優點與缺點，這就要求我們對低壓電力線信道特性有全面深入地了解，合理選擇調制解調方式及通信協議，最終實現低壓電力線數據通信的穩定、可靠。

[1]張細政，廖智，唐志航。基于循環前綴的OFDM 信道估計新算法。湖南工程學院學報（自然科學版），2005年5月；

[2]張瑞齊，廖桂生。一種循環保護前綴不足的0FDM 信道估計算法。電波科學學報，2005年2月；

[3]徐海波，杜歡，張振仁。OFDM 信道估計的子空間方法。電子科技大學學報，2006年3月。