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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳仁杰
研究生(外文):Jen-Chieh Chen
論文名稱:以FPGA實作OFDM系統於低速電力線通訊之應用
論文名稱(外文):Design and Implementation of OFDM System for Low Bit Rate Power Line Communication on FPGA
指導教授:馮蟻剛盧信豪盧信豪引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:家庭自動化電力線網路通訊系統OFDM調變快速傅立葉轉換現場可程式化邏輯閘陣列
外文關鍵詞:Home AutomationPower Line CommunicationOFDM ModulationFast Fourier TransformationFPGA
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隨著網際網路應用的普及,智慧型家庭網路已漸漸的受到重視且相關技術也陸續被開發出來。以電力線網路做為智慧型家庭控制及通訊的一環,在近年來都持續不斷的有基礎研究結果及實際商品出現。電力線網路分別在控制及通訊應用上有著不同的應用條件及技術要求。在數位通訊方面,電力線網路應用裝置持續往高傳輸頻寬上發展,目前已可以作為高畫質影音(HDTV)的傳輸媒介。在控制應用上的發展雖然尚牽涉諸多規格整合問題,但可預見電燈、家電等基本家庭電器將會直接透過電力線網路進行控制,以符合管理及節約能源的趨勢。然而受限於電力線網路本質上不利於資料傳輸的通道模型,使得電力線控制及通訊系統的穩定性及傳輸速率仍有著相當大的改進空間。

本論文提出一種基於特定調變方式的低頻控制用電力線傳輸方式,並以簡單的處理機搭配FPGA實驗板進行實做。本論文首先對電力線網路的傳輸特性及現有技術做基本介紹,其次分析一種在通訊系統裡面被廣泛使用的多載波調變技術:「正交分頻多工(OFDM)」的原理,以了解此一技術在對抗多路徑效應造成的訊號延遲及衰減部分的優勢。接著將針對OFDM調變方式設計低頻的電力線網路傳輸模組,包括了以FFT/ IFFT實現OFDM訊號的產生,加入QAM及Guard Band對系統BER的影響,數位/類比轉換的調整,以及類比訊號耦合至電力線的方法。在硬體方面,使用89C55單晶片做為系統控制中心,一端連接FPGA實驗板為FFT/IFFT運算單元,另一端則透過RS232協定與個人電腦連線,利用 Visual Basic設計的人機通訊介面,可在兩部電腦之間進行資料的發送與接收;通過這樣的實驗結果,以驗証OFDM 調變技術應用於電力線通訊系統上的傳輸品質。
As the applications of internet become more popular, Smart Home Networks have received much attention, and gradually relevant technologies have also been developed successfully. Being one of the media to connect Smart Home Networks, power lines have a unique advantage, i.e., there is no need for re-wiring in residential houses. Power line communications have been utilized for control management in household appliances nowadays. However, the performance of power line communications may be restricted by some characteristics of power lines.

In this thesis, a design and implementation of an OFDM system for low bit rate power line communication on FPGA experimental board is studied. Due to the multi-path effect and impulsive noise often seen in power lines, quality of power line communication is tested with the OFDM modulation technique, which has the potential to be a good solution to the problem. The design works include implementing the OFDM signals by the ALTERA FFT MegaCore Function on an FPGA board, using microprocessors as the control center to connect FPGA and PC interface, the conversion of digital/analog segments, generation and demodulation of frequency shift keying signals, and implementing coupling circuits. Finally, quality of this OFDM-based power line communication system is examined by experiment results.
誌謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 論文概要 2
第二章 電力線通訊傳輸系統 5
2.1 電力線通訊系統發展現況 [30] 5
2.2 電力線通訊協定技術 [26][28] 6
2.3 電力線網路傳輸特性 [5][22][24] 11
第三章 OFDM調變技術 17
3.1 OFDM系統的歷史發展與現狀 17
3.2 OFDM基礎理論 [7][8][29] 18
3.2.1 OFDM與多載波傳輸技術 18
3.2.2 以快速傅立葉轉換實現OFDM系統 23
3.2.3 保護區間與循環擴增 26
3.3 載波頻率偏移對OFDM訊號之影響 [23] 28
3.4 當前OFDM技術的應用 30
第四章 系統架構設計 33
4.1 整體系統架構說明 33
4.2 ALTERA FFT MEGACORE FUNCTION之應用 [12] 34
4.3 傳送信號的前置處理 36
4.3.1 QAM映射 36
4.3.2 加入安全頻寬 38
4.4資料經數位/類比轉換之精度問題 42
4.4.1 資料精度調整 42
4.4.2 模擬結果 44
4.5 頻率偏移調變與解調變 46
4.5.1 FSK產生器 46
4.5.2 鎖相迴路解調器 47
第五章 實驗建構及結果分析 49
5.1 實驗架構及硬體規格 49
5.1.1 實驗環境 49
5.1.2 PC介面設計 50
5.1.3 89C55微控制器 51
5.1.4 FPGA實驗板 52
5.1.5 數位/類比轉換電路 53
5.1.6 頻率偏移調變/解調變電路 55
5.1.7 耦合電路 57
5.2 實驗結果及分析 58
5.2.1 無電力訊號實驗 58
5.2.2 電力線傳輸實驗 61
第六章 結論 67
參考文獻 69
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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