CN202231715U - 一种基于ofdm的电力线载波通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于OFDM的电力线载波通信系统，包括连接在电力线上的发送端及接收端，其特征在于：发送端包括发送端MCU模块，发送端MCU模块依次串联发送端DSP模块、DAC转换电路、低通滤波功率放大电路及上行耦合电路；接收端包括下行耦合电路，下行耦合电路依次串联低噪放大电路、带通滤波电路、自动增益电路、ADC转换电路、接收端DSP模块及接收端MCU模块。本实用新型以MCU控制器和DSP相结合的设计方案来构建电力线载波通信系统，以DSP作为数据调制和解调的核心，完成OFDM的核心算法，以MCU作为控制核心，控制整个系统的数据传输，这样大大提高了系统的运行速度及稳定性。同时，在DSP内可以构造N阶矩阵T和预补偿技术来解决高峰均比的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于OFDM的电力线载波通信系统。
背景技术
电力线载波通信是利用电力线作为信息传输媒介进行数据传输的一种特殊的通信方式。近年来，随着电力线载波技术的不断发展，以及社会对电力线载波通信技术的需求的增加，这门技术日益正受到人们的关注。电力线载波通信虽然有很多的优势，但是影响和制约其发展的主要因素在于信道问题。目前的各种载波通信的研究中，正交频分多路复用技术（OFDM）调制，无疑是一种解决电力线通信的有效方案。OFDM采用将低速的串行信号转换成多路的并行信号，并加载在多个正交的子频带中进行传输，大大的降低了信道的干扰和电力线衰弱，从而提高了通信的可靠性。基于OFDM调制的电力线载波系统的设计目前主要有两类设计方案：第一类是以DSP为核心器件的系统结构。例如： Hen-Geul Yeh and Victor R. Ramirez采用TMS320VC5416处理器结合PSK和QAM等数字调制方式实现系统，Kaizhuo Lei, Zhenhua Yan等人采用ADSP—TS101处理器结合QAM方式实现系统。第二类是以现场可编程逻辑门阵列（FPGA）为核心的系统结构。此搭建方案，是将片上系统（SOC-System on Chip）的观念和理论应用到基于OFDM通信系统的实现过程中，FPGA在系统中也主要完成基带OFDM调制解调的功能。
现有的方案采用的核心器件都为单一的DSP，或单一的FPGA，这些核心器件在完成对信号的调制及解调的同时，还需要对信号的传输进行控制，其负担往往较重，因此，通常都运行在高负荷状态下，对于运行速度及运行的稳定性有一定影响。
现有的方案在实现上采用的核心器件虽然有些不同，但都会不可避免的碰到OFDM高峰均比的问题。高峰均比带来最严重的影响是在发射端和接收端的功率放大器上。由于一般的功率放大器都不是线性的，而且其动态范围也是有限的，所以当OFDM系统内，这种变化范围较大的信号通过非线性部件（例如，进入放大器的非线性区域）时，信号会产生非线性失真，产生谐波，造成较明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能的下降，而且同时还会增加A/D和D/A转换器的复杂度并且降低他们的准确性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一提高运行速度及稳定性的电力线载波通信系统。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种基于OFDM的电力线载波通信系统，包括连接在电力线上的发送端及接收端，其特征在于：发送端包括发送端MCU模块，发送端MCU模块依次串联发送端DSP模块、DAC转换电路、低通滤波电路、功率放大电路及上行耦合电路；
接收端包括下行耦合电路，下行耦合电路依次串联低噪放大电路、带通滤波电路、自动增益电路、ADC转换电路、接收端DSP模块及接收端MCU模块。
进一步，在发送端MCU模块及接收端MCU模块上分别连接一显示屏。
本实用新型以MCU控制器和DSP相结合的设计方案来构建电力线载波通信系统，以DSP作为数据调制和解调的核心，完成OFDM的核心算法，以MCU作为控制核心，控制整个系统的数据传输，这样大大提高了系统的运行速度及稳定性。同时，在DSP内可以构造N阶矩阵T和预补偿技术来解决高峰均比的问题。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种基于OFDM的电力线载波通信系统示意图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，为本实用新型提供的一种基于OFDM的电力线载波通信系统，包括连接在电力线上的发送端及接收端，其特征在于：发送端包括发送端MCU模块，发送端MCU模块依次串联发送端DSP模块、DAC转换电路、低通滤波电路、功率放大电路及上行耦合电路；
接收端包括下行耦合电路，下行耦合电路依次串联低噪放大电路、带通滤波电路、自动增益电路、ADC转换电路、接收端DSP模块及接收端MCU模块。
其中，在发送端MCU模块及接收端MCU模块上分别连接一显示屏。
本系统中MCU选用NXP的LPC2132 ARM单片机。显示屏采用320*240的点阵模块HG320240G，内嵌32K的显示存储空间，可以实现三个画面的切换。HG320240G通过 21针接口与外围及MCU相连接，其中与MCU相连接的有15脚，其中8个数据脚，6个控制脚。MCU和显示屏通信采用并行传输的方式。MCU的P0.8-P0.15脚来和显示屏进行数据通信，而P0.7，P1.24，P1.23，P1.22来控制显示屏的/RD，/WR，A0，/CS，E-LED引脚，配合数据脚进行数据的读写。MCU的P0.17脚，连接显示屏的/RES，当显示屏出现异常时可以用来复位显示屏。MCU的P0.16脚，连接显示屏的E-LED脚，用来控制显示屏的背光。
本系统采用TMS320C6701EVM通用DSP平台作为数字调制和解调的中心。MCU和TMS320C6701EVM之间采用串口连接。由于TMS320C6701没有UART，但是他有两个McBSP和SPI兼容，所以选用了一块SPI转UART芯片MAX3100来作为接口转换。DSP的McBSP0口和MAX3100来连接。当DSP有数据要发送给MCU时，通过DX0脚发送到MAX3100的DIN脚，MAX3100将信号转换成UART信号，通过TX引脚转发到MCU。当MAX3100接收到来自MCU的数据，发给DSP一个中断，然后DSP通过一定的时序来接收数据，从而达到双向通信的目的。
滤波电路是以运放芯片LM358为基础搭建的。输入信号经过一个4.7K的电阻，数据运放的正极。输出电压通过一个10K的电阻，反馈到负极，形成一个电压的跟随器，使得信号的输出阻抗变小，增强了信号的传输能力。
在本方案中采用专用功率放大芯片TLE2301来实现功率的放大。采用正负双电源输入，反向放大的模式。输入信号经过阻值为2.4k的R305之后连接到TLE2301的差分负极输入脚,正极输入脚连接到Vldref脚，这个脚可以选择连接到地，形成反向放大，也可以连接到6V的电平上，形成一个偏置。TLE2301的1脚和16脚接两个39pF和12pF的电容，组成一个回馈比较网络。R306是反馈电阻，阻值为4.7k。TLE2301的输出经通过R307，成为最终输出。其中二极管D301和D302是作为过压保护。由于R307的阻值很小，所以输出阻抗很小。
在发射端，由MCU控制器产生伪随机序列数据，显示在屏上，并发送到DSP进行OFDM的调制，经过DSP处理的数据通过DAC转换后，先进行低通滤波将高频杂波去除，此时信号传输能力得到了增强，但是功率还很微弱，还需要进行功率放大之后才能发送，由于之前的电路都是输入弱电，而电力线是220V的强电，所以要将OFDM调制的信号加载到电力线上去就必须进行耦合，耦合之后的信号再发送到电力线上传输。同样，在接受端，来自电力线的信号经过耦合电路解调出高频的信号，然后经过低噪放大，带通滤波，和可控的增益放大电路，最后送到AD转换电路，进行模数转换，转换出来的数字信号送到DSP中进行OFDM解调处理，最后，MCU控制器从DSP处接收处理完的数据，并发送到显示屏上显示。
本实用新型利用现有的电力线实现数据通信，可以极大的节省通信网络建设的费用并简化通信设备线路，节约了建设成本，避免的通信线路的二次建设，有效地充分利用社会资源。同时，采用OFDM调制的通信模式，大大的降低了信道的干扰和电力线衰弱，具有更有效的频谱利用率和较强的抗突发干扰噪声的能力，保证了信息传输的稳定可靠。而且，针对现有系统的高峰均比问题，提出的构造N阶矩阵T和预补偿技术的系统方案，有效的避免了系统的非线性失真和频谱扩散。
本实用新型以MCU控制器和DSP相结合的硬件设计方案，具有健壮性和稳定性，使得基于OFDM的电力线载波通信系统得以实现。
Claims (2)
1.一种基于OFDM的电力线载波通信系统，包括连接在电力线上的发送端及接收端，其特征在于：发送端包括发送端MCU模块，发送端MCU模块依次串联发送端DSP模块、DAC转换电路、低通滤波电路、功率放大电路及上行耦合电路；
接收端包括下行耦合电路，下行耦合电路依次串联低噪放大电路、带通滤波电路、自动增益电路、ADC转换电路、接收端DSP模块及接收端MCU模块。
2.如权利要求1所述的一种基于OFDM的电力线载波通信系统，其特征在于：在发送端MCU模块及接收端MCU模块上分别连接一显示屏。
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| CN2011203119495U CN202231715U (zh) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | 一种基于ofdm的电力线载波通信系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103281103A (zh) * | 2013-05-15 | 2013-09-04 | 北京华强智连微电子有限责任公司 | 一种ofdm电力线载波通信soc芯片 |
| CN103795442A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-05-14 | 青岛东软载波科技股份有限公司 | 一种基于ofdm模式调制的低压电力线载波通信电路 |
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2011
- 2011-08-25 CN CN2011203119495U patent/CN202231715U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN103795442A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-05-14 | 青岛东软载波科技股份有限公司 | 一种基于ofdm模式调制的低压电力线载波通信电路 |
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