电力线扩频载波通信的小波滤波及芯片实现

我们对电力线载波通信进行了研究和探讨，发现现行的扩频通信系统仍然十分不可靠，主要是因为电力线上存在各种不可预测的瞬时干扰，而这样的噪声干扰难以用常规的滤波技术来消除。我们经过观察分析，结合多年在小波理论与数字通信领域的研究经验，提出了一种新的噪声分析处理方法，即引入了时间-频率二维分析的小波滤波技术，对噪声与信号展开细致的描述和建模，寻找二者的相互关系和分离机制。基于小波分析的噪声和信号的建模，有助于探索不规则瞬时噪声的本质及产生的原因，以便得到在线消除噪声和获取信号的最佳机制与芯片实现方案。该项目的实施有利于解决电力线载波通信面临的高噪声、高衰减而导致的高误码率及系统可靠性低的问题，使现成的电力线可以成为一种低成本、高可靠性的通信媒介，从而为家庭上网及办公网络、节能管理、智能家电、工业自动化系统等提供安全可靠的通信平台。

摘要. 随着电力线网络的进一步普及,使得其为家庭、接入网、工业系统控制和高级读表架构等提供各种服务成为可能，这种普及对正在建设中的智能电网的实施尤为重要, 同时也增加了对电力线通信的需求。电力线通信现已成为了在智能电网、智慧城市和智能建筑应用上一种关键性的能源控制网络技术。然而，由电力线构造的配电网络是一个恶劣的环境，因为电力线是被设计成传输电能而不是通信数据，所以电力线通信的数据准确传输就会变得很困难。当在电力线上发送数据的时候，由于连接在电力线上许多电力设备的存在，将会有许多数据被暴露在消极的影响中，间断性的噪声源、阻抗的变化和衰减使得电力线成为一个不理想的信号环境。一般来说，发生在电力线信道上的主导信道干扰的，是频率变化为几百赫兹到二十兆赫兹的有色背景噪声、窄带干扰和脉冲噪声。尽管电力线通信是数据传输上一个非常引人注目的解决方案，但是由于媒介的特性，实现可靠的数据通信仍然是一个巨大的挑战。. 电力线通信最主要的减损源有时变信道衰减、多路径频率选择性衰落和脉冲噪声, 本项目的研究针对电力线通信的特点和现有技术存在的问题，开发出一种能有效应对多路径衰减信道的基于多载波扩频技术的低复杂度和高适应性的高效通信系统实现方法。为了能有效应对电力线通信信道的不理想环境，本研究在包含随机变化和不同噪声源的多路频率选择性衰减信道上，开发出基于正交频率分割多路通信方式的多载波扩频系统，该系统具有低复杂度和高适应性，通过在接收端进行子载波间相干检波，能有效地解决多路径衰减问题；子载波的数量是由可变信道间隔的采样数据长度决定的，由此可以达到数据传输速率和在带宽限制下通信稳定性二者的最佳平衡。系统在接收端与小波滤波器配合使用，可大大减少背景噪声、窄带干扰和脉冲噪声的影响，从而实现稳定的数据通信。在本研究中，我们开发出一种基于多载波扩频通信的载波频率误差的测量和补偿方法。在关键的小波滤波部分，我们采用移位相加来取代相乘的方法，实现了小波变换的定点快速运算并在DSP芯片中完成了实时处理。在电力线噪声处理上，完成了对噪声的建模和量化，实现了对背景噪声、窄带干扰和脉冲噪声的时间-频率域的实时降噪，从而保证了电力线多载波扩频通信系统的可靠性， 为智能电网的实施提供了有力的技术支持， 也可以为家庭上网及办公网络、节能管理、智能家电、工业自动化系统等提供安全可靠的通信平台。