电力线载波通信系统的物理层仿真方法的

【关键词】OFDM；电力线载波通信模块化；AWGN 理想信道
0 引言
电力线载波通信系统以电力线为数据传输介质。随着通信技术的 发展， 基于 FSK/BPSK 的单载频技术逐步被 OFDM 调制技术所取代。 OFDM 技术具有可靠的工作模式、高效的信道编码技术以及强大的纠 错机制，是当今智能电网最安全、最具成本效益的通信模式。 目前，基 于 OFDM 技术的窄带电力线载波通信（NB-PLC）标准主要有 PRIME、 G3-PLC、IEEE P1901.2 和 ITU-T G.9955。 PRIME 是一个由供电公司、 行业厂家和大学研究所构成的联盟合作 开 发 的 基 于 OFDM 电 力 线 技 术的公开标准。 G3-PLC 是由法国电网输送公司（ERDF）发起，专为智 能电网通信而设计的全球电力线通信开放协议。IEEE P1901.2 旨在实 现 PRIME 和 G3-PLC 的 融 合 和 互 用 。 G3-PLC 通 常 用 于 自 动 抄 表 （AMR）、 能源控制和电网监测 等 低 速 数 据 通 信 场 合 ， 本 文 主 要 针 对 G3-PLC 协议规定的物理层开发和仿真方法展开讨论。
图 2 Fห้องสมุดไป่ตู้C 模块仿真框图
3 OFDM 编码与调制器模块
当接收机检测到信号到达时， 首先需要进行信号同步和信道估 计 ， 这 里 我 们 将 信 号 同 步 和 信 道 估 计 简 化 为 Choose Proper 256 samples 模块。 在实现 OFDM 基本功能后，后续可根据系统性能的需要 来添加不同实现的信号同步模块和信道估计模块。 然后，经过 FFT 变 换，进行整数倍频偏的估计和纠正，此时得到的数据是比特流映射后 的数据。 对该数据进行相应的解调 ，然后再进行解码处理 ，就可得到发 送的比特流。根据 G3 和 G9955 文档，我们提出图 3 所示 OFDM 调制/解 调模块功能仿真框图。 如果选择合适的话，DBPSK Demapping 的输出 向 量 几 乎 等 于 DBPSK Mapping 的 输 入 向 量 *0.5（每 个 数 据 都 变 为 原 来的一半）。
1 系统结构
G3-PLC 协 议 以 OFDM 为 核 心 技 术 ， 支 持 欧 洲 电 工 标 准 委 员 会 （CELENEC）在内的多个频段，最高可达到 180kHz。 协议采用 400kHz 的采样率，将 DC-200kHz 的低频段分为 128 个 OFDM 子信道，子信道 间 隔 为 1.5625kHz， 利 用 256 点 FFT 将 待 传 输 数 据 由 频 域 变 换 到 时 域 ，经 过 电 力 线 载 波 信 道 ，传 送 到 接 收 端 。 其 中 CELENEC A 频 段 为 35.938kHz~90.625kHz，该 频 段 共 占 用 36 个 子 信 道 ，发 射 机 在 数 据 发 送时，将数据映射到这 36 个有效子载波上，同时将其他子载波填充无 效数据。 采用 DBPSK 或 DQPSK 映射，正常模式下可支持 33.4kbps 的 最大数据传输速率。
科技信息
○高校讲坛○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
2013 年 第 7 期
电力线载波通信系统的物理层仿真方法的研究
任志胜 林平分 （北京工业大学 嵌入式系统重点实验室，中国 北京 100124）
【摘 要】基于正交频分复用技术（OFDM）的电力线载波通信系统物理层的开发和仿真应该采用模块化的方法，最好的办法就是把整个系 统以及仿真分割成一个个的小模块进行，对每一个模块都进行独立的测试。 非常重要的是，在理想信道（如 AWGN 高斯加性白噪声静态信道） 下，每一个模块的性能都应达到理论上最优的效果。 每一个模块的执行也应该灵活化（如参数化），这样有利于整个系统的仿真环境建立。
协议物理层模块主要包括前向纠错码的编码（FEC Encoder）与解 码 （FEC Decoder） 模 块 、OFDM 调 制 与 解 调 模 块 和 模 拟 前 端 模 块 （AFE）。 其 中 OFDM 解 调 模 块 除 了 FFT 模 块 和 解 映 射 模 块 （Demap） 外，还包括信号同步模块（Sync/remove CP module）和信道估计（Channel Estimation）。 图 1 是 G3-PLC 物理层 OFDM 收发器系统框图。
里 德-所 罗 门 解 码 器 （RS Decoder）、维 特 比 解 码 器 （Viterbi decoder）和 解 加 扰 器 （De-scrambler ）四 个 子 模 块 。
首先，对四个子模块对应的编码解码模块进行一对一的实现和仿 真 。 由 于 RS Encoder、 RS Decoder，CC Encoder 和 viterbi decoder 是 FEC 编解码模块的核心，我们以上述模块的联合仿真示例。 其次，为构 造 一 个 完 整 的 系 统 链 路 ， 我 们 添 加 随 机 数 产 生 器 （Random bits generation）、DBPSK Map/Demap module 及 AWGN module，可同时得到 3 组 性 能 仿 真 曲 线 ， 分 别 为 uncoded BER、CC coded BER 和 CC+RS coded BER 曲线。 其中，DBPSK Map 模块的复数输出数据流可以作为 下一 节 将 要 介 绍 的 OFDM 调 制/解 调 模 块 的 输 入 ，FEC 模 块 仿 真 框 图 如图 2 所示。
图 3 OFDM 调制/解调模块功能仿真框图
4 仿真结果
图 1 G3-PLC 物理层 OFDM 收发器系统框图
2 FEC 编码与调制模块
FEC 编 码 模 块 主 要 包 括 数 据 加 扰 器 （scrambler）、里 德-所 罗 门 编 码 器 （RS Encoder）、卷 积 码 编 码 器(CC Encoder) 和 交 织 器 （interleaver） 四个子模块。 数据加扰器使输入数据的分布显得更随机，生成多项式 长 度 为 7； 卷 积 码 的 数 据 率 为 r =0.5，K =7；RS 编 码 器 主 要 参 数 为 （255，239，8）。