中壓配電網載波通信是指利用10 kV配電網現有的物理網絡進行數據通信和信息傳遞的技術。配電網在我國的建設已經相當完善，利用配電網實現通信，不需要重新布線，成本低廉，因此受到人們的廣泛關注。同時，電力線信道噪聲干擾強、頻率選擇性衰落復雜的傳輸特性，嚴重制約著電力線通信的發展。而調制方式的加入是有效解決這一問題的關鍵技術之一。早期的窄帶調制方式技術簡單、容易實現，但隨著數據傳輸速率的提高，傳統的窄帶通信已經不能滿足要求，新的調制技術——正交頻分復用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)在抗干擾、抗多徑特性以及抗衰減方面具有很強的能力，尤其適用于電力線高速數字通信, 因此成為目前配電網載波通信調制方式中的研究熱點。

    本文首先介紹了OFDM的調制原理，針對中壓電力線信道的特點,基于傳輸線理論建立了其衰減特性模型,仿真了此信道情況下OFDM的誤碼率性能，以及信道特性逐漸惡劣的情況下[1], OFDM的抗頻率選擇性衰落能力，為更好地發揮OFDM在中壓配電網載波通信中的優勢提供一定的參考。
1 正交頻分復用原理
    正交頻分復用是一種特殊的多載波調制技術[2-3],通過將發送的數據流分解為多個子比特流，使每個子數據流的速率迅速降低，從而大大提高了其抗信道衰落、抗多徑的能力。將原信號序列分割成N個子信號后，子信號的碼元速率降為原來的1/N倍，即Rb/N，周期為Ts=NT。然后用這N個子信號分別去調制N個相互正交的子載波，各個子信道的已調制信號相加就形成了OFDM發射信號。實際輸出的信號可以表示為：

    由圖1可見，OFDM在信號發送時，先對伯努利二進制信號發生器產生的44 bit(一幀)源數據進行RS(15,11)編碼，再進行QPSK信道映射得到30 bit有效數據，根據快速傅里葉逆變換(IFFT)定義，要把數據插在低頻處，需要將所得30 bit數據搬移到IFFT的兩邊，中間補零，第一位0為DC子載波，接收時容易受到干擾所以也插零。因此有效數據所在位置為[2:16,50:64]，其余位為0。再經過快速傅里葉逆變換(IFFT)將頻域信號轉變為時域信號，IFFT長度為64，Selector模塊參數設置為[39:64,1:64]將后26個數據搬移到數據前端作循環前綴，并進行并/串變換后送入信道。該信道為電力線信道模型，噪聲假設為高斯白噪聲。接收端除了加入信道估計和信道補償部分外，與發送端過程相反。
2 中壓電力線信道模型
    對中壓電力線信道進行建模，主要考慮強烈的噪聲干擾和復雜的衰減特性對信號的影響。本文假設噪聲為高斯白噪聲，重點對信道的衰減特性進行分析，利用傳輸線理論建立其模型。
   
2.1.3 總體模型
   電力線信道由不同架空線的串聯單元和不同分支線的并聯單元組成。由以上分析可知，要建立電力線信道的模型，只需要把參數相同的一段主干線路或分支線的輸入阻抗等效成一個二端口網絡，再將其級聯即可。若每一個二端網絡的轉移矩陣為Ai,則級聯后總的矩陣為:

3 仿真結果及分析
　通過一系列的仿真測試，繪出了在所測量的信道特性下OFDM系統信噪比與誤碼率的關系曲線，如圖5所示。可以看出,OFDM技術可以在電力線信道下實現可靠的數據傳輸，信噪比高于6 dB時，誤碼率明顯下降；信噪比為13 dB時，誤碼率達到10-3以下；經RS編碼后信噪比在11.5 dB以上誤碼率即為零。可見編碼方法的加入有效地提高了信號傳輸的可靠性。同時，由圖4還可以看出，信噪比逐漸提高時，誤碼率下降卻是比較緩慢的。這是因為系統中所有子載波的位置、調制方式等都是固定的，并沒有因為信道特性的變化而進行動態調整，這樣系統的誤碼率就取決于衰落最嚴重的子載波。

    隨著電力線信道特性逐漸惡劣，深度衰減頻段逐漸增加，信號傳輸的可靠性大受影響。圖6畫出了子載波通過率越來越大的情況下，信號的傳輸效果。未經RS編碼時，當深度衰落高于12%，即子載波通過率低于88%時，誤碼率均在10-2以上，通信可視為中斷；隨著子載波不斷增加誤碼率迅速下降，90%以后，誤碼率下降到10-4以下。經過RS編碼，78%的子載波通過后誤碼率即為零，抗衰落性能得到明顯改善。除了對信號進行編碼以外，由于OFDM是把信道劃分為若干子信道，可以根據信道實際傳輸情況靈活地分配發送功率和信息比特，更加有效地利用信道資源。

    OFDM技術是現代電力線通信的關鍵技術,為研究其克服電力線信道頻率選擇性衰落的能力，本文在Matlab/Simulink平臺上設計并實現了基于OFDM的中壓電力線載波通信系統仿真，其中電力線信道是根據山西某中壓配電網的衰減特性建模，仿真結果驗證了OFDM技術在中壓電力線多徑衰落信道的條件下能夠實現高速的數據通信。當信道特性逐漸惡劣時，深度衰落在12%以內的范圍，OFDM仍能可靠通信，經過RS編碼，78%的子載波通過后誤碼率即為零，明顯地提高了系統抗多徑衰落的能力。
參考文獻
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