OFDM及其在低压电力线通信中的应用分析与仿真研究

随着社会的发展，频带资源短缺与日益增加的使用者之间的矛盾越发尖锐。提高频带利用率和开拓新的通信资源成为解决这一矛盾的两个重点工作方向。OFDM调制技术具有频带利用率高，传输速度快，抗干扰能力强等优点，能有效提高频带利用率，缓解频带短缺矛盾。基于OFDM的低压电力线通信充分利用低压电力网现有线路和设备实现高速数据通信，具有成本低廉，方便快速等优点，为人们提供了一种新的高速通信方式。因此，对OFDM及其在低压电力线通信中的应用进行深入研究具有非常重要的现实意义。 本文对传统数字调制技术性能特性进行简要分析，并对OFDM调制技术的提出，基本思想，基本原理，实现方法，主要应用，性能特性等进行了较为全面的分析讨论。针对OFDM的均衡问题，在对电力线信道特性进行分析的基础上就时域均衡和频域均衡进行了详细讨论，并对两种均衡算法(基于导频算法和LMS算法)进行了分析对比。针对OFDM的PAPR问题，对PAPR问题的原理，PAPR过高带来的危害，降低PAPR的方法及其实用性进行了详细讨论，在对降低PAPR的传统算法进行深入研究的基础上，提出了改进算法，并进行了MATLAB仿真实验，实验结果表明，改进算法在付出PAPR略微增大的条件下大大减小计算量，达到了实用化的目的。作为OFDM的一个具体应用，本文在分析电力线信道特性的基础上，提出了一种基于OFDM技术利用低压电力线接入INTERNET的解决方案，根据这个方案完成了PLC MODEM的设计制作调试实验工作，产品达到设计要求。本文的主要工作及创新之处在于： (1) OFDM在信道环境恶劣，信噪比较低时关闭一些受影响的子带，使通信速率下降。本文将均衡技术引入OFDM系统，使一些关闭的子带重新传输数据，从而提高通信速率。本文针对两种均衡算法(基于导频算法和LMS算法)进行了详细的理论分析比较，并进行仿真实验。理论分析和仿真实验的结论都表明对于信道特性变化较大的信道采用基于导频的均衡算法较好，OFDM在电力线通信中的实际应用也印证了这个结论。 (2) OFDM的缺点之一是PAPR过高，很多降低PAPR的传统算法都因为 计算量太大而无法实用，本文对传统算法进行改进，理论分析表明，改进 后的算法在付出PAPR略微增大的代价的同时换取了计算量的大大减少， 改进算法更具有实用性。仿真实验的结果也证明了这个结论。 (3)作为OFDM的一个具体应用，在分析电力线信道特性的基础上，本 文提出了一种基于OFDM技术利用低压电力线接入INTERNET的解决方案， 根据这个方案完成了PLC MODEM的设计制作调试实验工作。实验结果表 明，设计的PLC MODEM达到了设计要求。