电力光纤混合宽带接入用户端设备设计与实现

摘要

建设“坚强智能电网”是十二五规划的重要内容，而高速、双向、集成、实时的通信系统是实现智能电网的基础。目前，国家电网公司已经完成了相关规划工作，但面向用户的关键技术和相关设备尚未实现重大突破。应用于电网的宽带通信方案研究和相关设备设计与实现，是实现智能电网通信系统的核心。不仅如此，电力通信网还可以融合互联网、广播电视网、电信网，携手“三网”迈向“四网融合”。
　　 构建电力光纤混合宽带接入网正是基于以上需求提出，本文为实现这一目标，主要设计和实现了其中的关键网络单元，即具有WiFi和电力线调制解调等功能用户端设备。主要工作有:
　　 (1)通过研究现有各种宽带通信技术，包括xDSL（Digital Subscribe Line，数字用户线路）、FTTH+LAN、同轴电缆Cable Modem、无线接入、宽带电力线通信等，分析各自使用的关键技术和组网模式及优缺点，总结出融合光纤通信与宽带电力线通信技术实现电网宽带通信的设计思路。
　　 (2)分析电力线信道噪声和衰减特性对设计用户端设备带来的挑战，选择适合于该应用的OFDM调制技术，对OFDM信号经过射频前端时产生的非线性变化作了理论推导，基于此提出了头端对多个用户端信道分配的方法。
　　 (3)对比现有电力线通信芯片解决方案，采用电力线调制解调芯片INT6400和WiFi无线路由芯片AR9331作为硬件平台，结合耦合部分、模拟前端、接口部分、电源部分组成系统。为了克服电力线信道的背景噪声和脉冲冲击噪声对通信可靠性的影响，设计了工频过零点检测电路和带通滤波，针对一个工频周期内不同时段的噪声特性，系统自动调整运行机制以提高性能;在宽带电力线通信块与WiFi通信块的物理层接口对接避免使用耦合变压器或者交换芯片的方式，通过分析各自的电路驱动类型，采用电容耦合的方式。实践证明，这是一种可行的PHY接口对接方法。
　　 (4)用户端设备样机的功能调试与性能测试。先测试WiFi射频指标如矢量误差、发射功率、频谱等;然后模拟实际的应用环境进行组网测试。
　　 测试结果显示，用户端设备在电力光纤混合接入方案中与头端之间通信速率可达30Mbps左右，达到了较好的通信效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 课题研究目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文研究的内容和论文安排

第2章 电力光纤混合宽带接入用户端设备系统设计

2．1 电力光纤混合接入

2．1．1 电力光纤混合接入简述

2．1．2 与其它接入方式比较

2．2 电力光纤混合接入方案

2．2．1 电力数据交换接入方案

2．2．2 光纤载波接入方案

2．3 电力光纤混合接入的关键技术

2．3．1 电力线通信信道特性

2．3．2 OFDM调制技术

2．3．3 信道分配方案

2．4 用户端设备系统设计

2．5 本章小结

第3章 电力光纤混合宽带接入用户端设备设计

3．1 PLC通信模块设计

3．1．1 INT6400内部结构

3．1．2 过零检测电路设计

3．1．3 耦合电路设计

3．1．4 模拟前端接口电路

3．2 WiFi通信模块设计

3．2．1 AR9331内部结构

3．2．2 射频电路设计

3．3 模块接口电路设计

3．4 信号完整性设计

3．5 电源电路设计

3．5．1 功耗计算与分析

3．5．2 电源电路设计

3．6 本章小结

第4章 整机调试及组网测试

4．1 WIFI射频指标测试

4．1．1 发射指标测试

4．1．2 接收指标测试

4．2 整机通信性能测试

4．3 组网测试

4．3．1 电力数据交换机方案测试

4．3．2 光纤载波模块方案测试

4．4 本章小结

第5章 工作总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果