基于G3-PLC标准的低压电力线窄带通信系统研究

摘要

电力系统的发展和智能电网的提出,使得电力系统中的通信技术需要提升,而电力系统本身所支持的通信方式多种多样,它是一个集合了多种通信方式的网络。其中电力线通信技术利用电力线作为信号传输通道,是唯一一种无需额外传输物理媒介的有线通信方式。G3-PLC标准就是一种电力线通信规范,一种定义了物理层和MAC层的窄带标准,它的提出正是为了满足未来智能电网对通信的挑战。G3-PLC主要占用CENELEC-A频段,该标准的协议中引入了正交频分复用这一多载波技术,即OFDM技术,G3-PLC是一个主要面向智能电网里的通信技术的全球开放性协议。
　　本文首先介绍了课题的背景和意义以及电力线通信技术的由来和历史,阐述了电力线通信技术的技术特点,分析了电力线通信的发展现状,包括国际发展现状和国内发展现状,然后针对目前主流的电力线通信标准进行了比较,最终选取了G3-PLC标准进行本课题的设计。
　　然后本课题就电力线这一传输媒介展开分析,主要从其传输特性和噪声模型展开,分析了电力线的输入阻抗特性、多径效应、频率衰减、噪声分类等,展示了实际测量的电力线输入阻抗、频率和噪声波形。然后利用Pspice软件对传输特性进行了建模仿真。
　　在了解了电力线通信技术和电力线的特点之后,本课题选择了正交频分复用OFDM为核心技术,对该技术进行了具体的阐述,描述了OFDM的原理、特点、关键技术等。其中涉及的技术主要根据G3-PLC标准来进行,因此对G3-PLC标准进行了解读,主要是从物理层协议、MAC层协议和数据帧结构上进行分析,介绍了该标准的设立背景、主要特点、应用场合和其ISO模型等,然后针对其OFDM技术、编码方式、调制方式、校验等进行了阐述。在技术和标准都明确的情况下,利用Matlab软件对OFDM系统进行了仿真,为后续OFDM的FPGA实现提供了理论数据。
　　在仿真结果的基础上,本文利用XilinxFPGA平台来进行OFDM调制解调部分的设计,对编程设计流程和各个模块的方案进行了介绍,在ISE开发环境下利用Verilog语言进行了程序设计和仿真验证。最后利用TI公司的模拟前端芯片AFE031进行模拟前端和耦合部分的硬件设计。最终本文利用FPGA实现了OFDM系统,并设计了模拟前端,为后续在电网上实际通信和测试提供了平台。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 电力线通信技术特点

1.3 窄带电力线通信技术发展现状

1.4 本文开展的主要工作

第2章 电力线特性建模与分析

2.1 电力线传输特性

2.2 电力线噪声特性

2.3 电力线传输电路模型的构建和仿真

2.4 本章小结

第3章 OFDM技术与G3-PLC标准

3.1 正交频分复用技术

3.2 G3-PLC标准

3.3 基于G3-PLC标准的OFDM系统仿真

3.4 本章小结

第4章 符合G3-PLC标准的OFDM系统的FPGA实现

4.1 OFDM系统结构的设计

4.2 OFDM系统的规划

4.3 OFDM各模块编程及仿真实现

4.4 本章小结

第5章 模拟前端和耦合模块的硬件设计

5.1 功率放大电路设计

5.2 发送电路设计

5.3 接收电路设计

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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