電力線通訊通道量測與發射機實現｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	蕭嵎之 Yu-jhih Hsiao
論文名稱：	電力線通訊通道量測與發射機實現 Channel Measurement and Transmitter Implementation of Power Line Communications
指導教授：	陳逸民 Yih-min Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	資訊電機學院 - 通訊工程學系 Department of Communication Engineering
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	91
中文關鍵詞：	電力線通訊、正交分頻多工、現場可程式化閘陣列
外文關鍵詞：	PLC, OFDM, FPGA
相關次數：	點閱：15 下載：0
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電力線通訊近來蓬勃發展，可藉由既有之電力線路傳遞訊號，不需重
新佈線，可解決通訊傳輸中最後一哩的問題。在本篇論文中，對電力線通
道進行了以軟體方式的測量環境，並且針對電力線通道的特有現象進行探
討，包括了特殊雜訊以及通道變化等。
此外設計並且實現了在電力線上通訊的即時軟體定義OFDM 發射機與
接收機。在平台使用了FPGA 實驗板、數位轉類比與類比轉數位開發板以
及自製電力線類比前級。在發射機之訊號處理模組中設計了串列轉並列處
理器、高速回旋碼編碼器、訊號交錯器、星座圖映射器、反快速傅立葉轉
換器、循環字首置入器和前導符碼置入器等，而在接收機設計了訊號同步
器、快速傅立葉轉換器、通道估測器、通道等化器、硬式決策器、訊號解
交錯器及通道解碼器等。傳送頻帶為2.3MHz~20MHz，在64-QAM的模式
之下最高傳輸率為42.52Mbps 。

Power Line Communication (PLC) system is a flourishing communication technology, which can transmit signal over the existing AC electrical wiring without building whole new network and deal with the last mile issue. In this thesis, we formed a software method to measuring PLC channel's feature and investigated a particular phenomenon of powerline channel-special noise and channel changing.

In other way, we design and implement a real-time software defined OFDM transceiver over powerline. In this platform, we use FPGA, DAC/ADC EVM board and design PLC Analogy-Front-End (AFE). The transmitter includes parallel-to-serial module, high-rate convolutional encoder, signal interleaver, constellation mapper, Invers FFT, cyclic prefix inserter and preamble inserter. The receiver includes signal synchronizer, FFT, channel estimator, channel equalizer, hard decider, signal de-interleaver and channel decoder etc. Transmission bandwidth between 2.3MHz$ and 20MHz$. In 64-QAM mode, the maximum throughput is around 42.52Mbps.

中文摘要.............................................................................................................. i
ABSTRACT ......................................................................................................... ii
謝誌...................................................................................................................... iii
目錄...................................................................................................................... v
圖目錄..................................................................................................................viii
表目錄.................................................................................................................. xii
一、緒論.............................................................................................................. 1
1 研究動機與背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 章節簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
二、電力線通訊簡介.......................................................................................... 3
1 電力線通訊標準. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 電力線通道特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 電力線通道雜訊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 電力線通道負載變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 電力線長度衰減. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3 電力線通道實測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1 實測介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2 實測結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4 取樣率偏移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
三、電力線通訊系統.......................................................................................... 18
1 自訂規格電力線系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 迴旋碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 訊號交錯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4 星座圖映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5 正交分頻多工. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6 快速傅立葉轉換. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7 循環字首. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
8 前導符碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
四、電力線通訊發射機硬體實現...................................................................... 36
1 開發流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2 FPGA 開發環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 電力線發射機系統架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4 FIFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5 並列轉串列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6 高速迴旋碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7 訊號交錯器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
8 星座圖映射器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
9 子載波映射器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
10 快速傅立葉轉換器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
10.1 FFT/IFFT 切換. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
10.2 蝶型運算器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
10.3 座標軸數位旋轉計算器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
10.4 旋轉因子產生單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
10.5 FFT 時序控制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
10.6 位元反轉排序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
11 循環字首置入器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
12 前導符碼置入器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
13 軟體定義發射機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
14 發射機電路合成報告. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
五、電力線通訊接收機硬體實現...................................................................... 66
1 電力線接收機系統架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2 時序同步器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.1 延遲相關器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.2 峰值檢測器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.3 訊號偵測器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.4 符碼同步器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3 通道估測與等化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.1 通道估測器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2 通道等化器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4 硬式決策器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5 訊號解交錯器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6 腓特比解碼器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
7 軟體定義接收機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
8 接收機電路合成報告. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
9 平台架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
六、結論.............................................................................................................. 88
參考文獻.............................................................................................................. 89
                                

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