臺灣博碩士論文加值系統

由於近幾年來電力線通訊技術的演進，又逐漸受到國內外人士的青睞與重視，特別是可以運用在的家庭自動化與寬頻網路、影音傳輸、智慧型住家等民生用途之中，在競爭的消費商場裡的確是帶來了無限商機。然而，由於電力線的用途不是為了傳送訊號而鋪設的，所以電力線通道對電力線通訊的傳輸訊號品質而言是極為嚴苛的阻礙。
本篇論文是以頻率鍵移調變的方式來做電力線通訊的基礎，在接收端以OSC-ANF演算法來做為解調變的技術，並以軟體糢擬的方式來分析及評估在於具雜訊干擾的環境中的表現。因此本篇論文的研究內容主要有兩項：一、以Simulink模擬電力線、耦合器的等效電路並與實際相互比較並修正致使模擬與實際的曲線誤差減至最低。二、以OSC-ANF演算法去解調訊號，並與其它方式做一比較。上述兩項內容的目標其目的不外乎是為了讓整個電力線通訊的模擬更符合實際的傳輸環境條件，以及提供後續有意就電力線通訊方面研討的另類的參考方向。

In recent years, the advances in the power line communication (PLC) technology have received worldwide attention, especially it can be applied to home automation, broadband network , video and audio transmission, and smart living etc. Therefore, PLC has really brought the limitless business opportunity in the competitive market of consumption. However, the power line channel can serious affects the signal transmission quality using PLC because of that the power line is not originally intended for the purpose of signal transmission.
In this thesis, we use the FSK modulation technique for signal communication and evaluate the performance when OSC-ANF algorithm being applied to demodulate the received FSK signals in noisy environment. And it is achieved by software simulation. Accordingly, there are two main objects in the contents of the thesis: first of all, we use Simulink to model the equivalent circuits of the power line and the coupler, respectively, so that their frequency characteristics can meet those of real ones. Secondly, we apply the OSC-ANF algorithms to detect the signal and compare with the other method. The thesis, therefore, suggests a platform for PLC simulation, which offering a reference to different aspects as well as intention to discuss PLC.

中文摘要…………………………………………………………………i
Abstract ………………………………………………………………ii
目錄……………………………………………………………………iii
圖目錄 …………………………………………………………………vi
表目錄 …………………………………………………………………x
第一章 緒論 ……………………………………………………………1
1.1研究動機…………………………………………………………2
1.2研究方法與進行步驟……………………………………………2
第二章 電力線通訊的介紹 ……………………………………………4
2.1什麼是PLC（Power Line Communication） …………………4
2.2電力線通訊的應用………………………………………………4
2.3 PLC傳輸原理……………………………………………………5
2.4 PLC調變方式 ………………………………………………………6
2.4.1無線通信常用的調變方式 ………………………………7
2.5 電力線通訊技術發展…………………………………………12
第三章 電力線的雜訊干擾……………………………………………17
3.1 電力線的雜訊種類區分………………………………………17
3.2 電磁干擾規範…………………………………………………18
3.3 電力線的雜訊模擬……………………………………………21
第四章 電力線與耦合器的模擬………………………………………23
4.1 電力線的線路常數 …………………………………………23
4.1.1 電力線的線路常數的計算……………………………24
4.2 電力線的頻率特性量測………………………………………25
4.2.1 量測方式………………………………………………27
4.4 耦合器的頻率特性量測 ……………………………………31
4.4.1 量測方式………………………………………………31
4.5 用Simulink模擬耦合器 ……………………………………32
第五章 弦波訊號之頻率的偵測………………………………………35
5.1帶通濾波器 ……………………………………………………35
5.1.1 以Simulink建構IIR帶通濾波器 ……………………38
5.2主動式振盪器 …………………………………………………38
5.3 OSC－ANF的演算法……………………………………………39
5.3.1 OSC -LMS演算法 ……………………………………40
5.3.2 以Simulink實現OSC -LMS演算法 …………………42
5.3.3 OSC -MSE演算法 ……………………………………43
5.3.4 以Simulink實現OSC -MSE演算法……………………45
5.4弦波訊號之頻率的偵測模擬 …………………………………46
5.4.1 OSC-LMS演算法做偵測頻率……………………………47
5.4.2 OSC-MSE演算法做偵測頻率……………………………51
5.4.3 Timer比較方式做訊號頻率的偵測－
使用Simulink的Demo程式………………………………54
第六章 整合規劃與測試………………………………………………58
6.1 傳送端部份……………………………………………………58
6.2 電力線部份……………………………………………………61
6.3 接收端部份……………………………………………………63
6.4比較三種偵測方式的偵測結果 ………………………………67
6.5電力線通訊在實務上的架構與組成 …………………………69
第七章 結論……………………………………………………………72
參考資料 ………………………………………………………………74

圖目錄
圖2.1 電力線通訊應用範圍區分………………………………………5
圖2.2 電力線載波示意圖………………………………………………6
圖2.3 力線通訊處理過程………………………………………………6
圖2.4 調幅移鍵調變訊號………………………………………………7
圖2.5 調頻移鍵調變訊號………………………………………………8
圖2.6 調相移鍵調變訊號………………………………………………9
圖2.7 跳頻示意圖 ……………………………………………………10
圖2.8 直接序列示意圖 ………………………………………………11
圖2.9 正交頻分複用技術節省的頻道空間 …………………………11
圖2.10 電力線通訊技術區分…………………………………………12
圖2.11 X-10信號傳送示意圖…………………………………………13
圖3.1 電力線的雜訊模擬 ……………………………………………21
圖3.2 SNR=40dB，模擬電力線雜訊波形 ……………………………22
圖3.3 SNR=0dB，模擬電力線雜訊波形 ……………………………22
圖4.1 兩導線規格示意圖 ……………………………………………23
圖4-2 建立電力線模擬步驟 …………………………………………28
圖4-3 電力線的等效電路 ……………………………………………28
圖4-4 電力線頻率特性 ………………………………………………30
圖4-5 實體量測電壓與模擬量測電壓誤差dB值 ……………………30
圖4-6 建立耦合器模擬步驟 …………………………………………32
圖4-7 耦合器的等效電路 ……………………………………………33
圖4-8 實體量測耦合器與模擬耦合器之頻率特性 …………………34
圖5.1 自適應演算法基本架構圖 ……………………………………36
圖5.2 α(n)輸入訊號的中心頻率位置 ………………………………37
圖5.3 β值決定帶通濾波器的頻寬 …………………………………37
圖5.4 IIR帶通濾波器all-pole部份輸出架構 ……………………38
圖5.5 α(n+1)=α(n)+μx(n-1)[x(n)- α(n)x(n-1)+ x(n-2)]
/P_xt(n)表示圖 …………………43
圖5.6 P_xt(n)=λx2(n-1)+(1-λ)P_xt(n-1)表示圖 ………………43
圖5.7 α(n+1)=QX(n)/2PX(n)表示圖 ………………………………45
圖5.8 QX(n)= δQX(n-1)+(1-δ){x(n-1)[x(n)+x(n-2)]
表示圖…………………45
圖5.9 PX(n)=γPX(n-1)+(1-γ)x2(n-1)表示圖 ……………………46
圖5.10 偵測弦波訊號頻率的架構 …………………………………46
圖5.11 LMS SNR=40dB β=0.9 λ=0.2 μ=0.5 , 0.1 , 0.05
更新係數收斂情形 ………………………48
圖5.12 LMS SNR=0dB β=0.9 λ=0.2 μ=0.5 , 0.1 , 0.05
更新係數收斂情形 ………………………48
圖5.13 LMS SNR=20dB β=0.9 λ=0.2 μ=0.5 , 0.1 , 0.05
更新係數收斂情形 ………………………49
圖5.14 MSE SNR=40dB β=0.9 γ=δ=0.95 , 0.87 , 0.8
更新係數收斂情形 ………………………52
圖5.15 MSE SNR=0dB β=0.9 γ=δ=0.95 , 0.87 , 0.8
更新係數收斂情形 ………………………52
圖5.16 SNR=20dB β=0.9比較MSE與LMS的
更新係數收斂情形 ………………………54
圖5.17 SNR=0dB β=0.9比較MSE與LMS的更新係數收斂情形 ………54
圖5.18 頻率偵測模組 ………………………………………………55
圖5.19 頻率的計算 …………………………………………………55
圖5.20 clock time ,delay time , sub- clock time……………56
圖5.21 子系統clock時間減子系統clock時間
延遲一個時間單位的時間………………56
圖5.22 輸入訊號的頻率值……………………………………………57
圖6.1 軟體模擬電力線通訊架構 ……………………………………60
圖6.2 傳送端-調變處理 ……………………………………………61
圖6.3 訊號調變處理示意圖 …………………………………………61
圖6.4 模擬電力線、電源、雜訊 ……………………………………62
圖6.5 模擬電源、雜訊源 ……………………………………………63
圖6.6 接收端部份 …………………………………………………64
圖6.7 訊號解調動作 …………………………………………………65
圖6.8 錯誤率計算……………………………………………………65
圖6.9 FSK調變訊號與接收端耦合器二次側訊號……………………66
圖6.10 OSC-LMS , OSC-MSE , Timer等方式錯誤率曲線比較 ……68
圖6.11 OSC-LMS , OSC-MSE , Timer等方式錯誤數統計比較 ……68
圖6.12 電力線通訊系統組成架構……………………………………69

表目錄
表2.1 電力線傳輸系統之比較………………………………………16
表3.1 電氣用品取締法，雜訊容許限制值…………………………19
表3.2 家用電器對連續性干擾的容許限度…………………………20
表3.3 電動工具對連續性干擾的容許限度…………………………20
表4.1 電力線實際量測頻率特性數據………………………………26
表4.2 電力線模量測頻率特性數據…………………………………29
表4.3 耦合器實際量測頻率特性數據………………………………32
表4.4 耦合器模擬量測頻率特性數據………………………………33
表5.1 OSC -LMS演算法SNR=20dB（不同μ值的接收情形） ………50
表5.2 OSC -LMS演算法SNR=20dB（不同λ值的接收情形） ………50
表5.3 OSC -LMS演算法SNR=0dB（不同λ值的接收情形） ………50
表5.4 OSC -MSE 演算法SNR=20dB，γ=δ=0.87
（不同β值的接收情形） ……………………51
表5.5 OSC -MSE 演算法SNR=20dB β=0.9
（不同γ、δ值的接收情形）…………………52
表6.1 OSC -LMS ANF , OSC -MSE ANF , Timer
等方式接收錯誤率比較……………………67

【1】蒲冠志，「各國加速發展PLC技術充分發揮電力線最後一哩附加價值」，新通訊元件雜誌，2006年第69期11月號。
【2】藍浩益，「高速PLC牽動產業版圖　200Mbit/s晶片將促成爆發性成長」，新通訊元件雜誌，2006年第69期11月號。
【3】Ho-En Liao ，”Two Oscillator Based Adaptive Notch Filters （OSC ANFs）for Noisy Sinusoids”IEEE Transactions on signal Processing ，Vol.53,NO.2,February 2005
【4】兵聖潔，”利用自適應濾波器偵測多重弦波之頻率”，碩士論文，逢甲大學電機工程研究所，民國89年。
【5】李進農，「電力線邁向高速傳輸 介紹PLC通訊系統及技術原理」，新通訊元件雜誌，2005年第55期9月號。
【6】劉穎昌 ，”電力線通信佈線方式於家庭網路之研究”，碩士論文，國立台灣科技大學電機工程學系，民國93年。
【7】林祺濤，”電力線傳送數據之探討”，碩士論文，國立高雄第一科技大學電腦與通訊工程系，民國92年。
【8】林慶鴻 曾珮宸 黃文祥，「以X-10 實現家庭自動化網路」，2003 Workshop on Consumer Electronics, session 9, November 2003.
【9】陳瑞成，”以LonWorks技術為基礎電力線傳輸控制之研究”，
碩士論文，南台科技大學電機工程學系，民國94。
【10】陳志帆，”高速家用網路之電力線通訊傳輸模型”，碩士論文，國立台灣大學電機工程學系，民國93年。
【11】李永勳古書瑋，「家電雜訊對寬頻電力線通訊影響之量測」，2005年中華民國第二十六屆電力工程研討會。
【12】陳柏宏，電磁干擾與防止對策，文笙書局，民國85年。
【13】廖昌財，雜訊干擾與防止對策，全華科技圖書，民國79年。
【14】鈦思科技股份有限公司，視覺化建模環境－Simulink入門與進階，鈦思科技股份有限公司，2001年
【15】黃文良，輸配電學－電力系統分析PC版，全華科技圖書，民國81年。
【16】孫屹，Simulink通信仿真開發手冊，國防工業出版社，2004 年。
【17】鐘文政 柯鴻禧，DSP TMS320C50原理實習與實應用，長高電腦圖書，民國87年。