電力線通訊環境下即時OFDM傳收器之FPGA設計與實現

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姜智強(Jhih-ciang Jiang) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

電力線通訊環境下即時OFDM傳收器之FPGA設計與實現
(Design and FPGA Implementation of a Real-Time OFDM Transceiver for Power Line Communications)

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摘要(中)

電力線通訊是藉由現有的電力線來當作媒介進行寬頻網路資料傳輸，不需要另外鋪設網路線路，可節省佈線成本。
在本論文中，我們設計並實現了即時OFDM傳收器用於平台之傳收。在平台部分主要包含商用DAC/ADC EVM Board、電力線耦合電路及FPGA實驗板。在即時OFDM傳收器之數位訊號處理模組中，我們設計了OFDM訊號同步器、FFT處理器、通道估測/等化器、硬式決策器、訊號解交織器及通道解碼器在FPGA板子上。傳送之訊號頻段範圍2.3MHz~20MHz。在利用迴旋碼編碼率1/2的情況下，使用64-QAM調變能滿足傳輸資料率42.5Mbps。

摘要(英)

Power line communication (PLC) system, which adopts the power line network as the transmission medium, enables broadband internet access across the house through existing AC electrical wiring. In this thesis, we design and implement a real-time OFDM transceiver for power line communications on a platform which consists of off-the-shelf digital-to-analog/analog-to-digital converters (DAC/ADC), power line coupling circuit and an FPGA board. The digital signal processing units required for the real-time OFDM transceiver, which includes OFDM symbol synchronizer, FFT processor, channel estimator/equalizer, hard decision logics, symbol/bit deinterleaver and viterbi decoder, is implemented on the FPGA. The spectral range of the transmitted signal is specified to be from 2.3MHz to 20MHz. With 64-QAM modulation and a convolutional code of code rate 1/2, the throughput of the transceiver system is around 42.5Mbps.

關鍵字(中)

★ 正交分頻多工
★ 電力線通訊

關鍵字(英)

★ Power Line Communications
★ Transceiver
★ OFDM

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章緒論 1
1-1 研究動機與背景 1
1-2 章節提要 2
第二章電力線通道特性 3
2-1 電力線通道特性簡介 3
2-1-1 電力線通道雜訊 3
2-1-2 電力線通道阻抗 4
2-1-3 電力線通道衰減 5
2-1-4 電力線通道多重路徑效應 5
2-2 電力線實際通道量測 6
第三章電力線通訊系統簡介 13
3-1 正交分頻多工系統簡介 13
3-1-1 OFDM調變原理 13
3-1-2 CP-OFDM簡介 17
3-2 電力線通訊系統規格與參數介紹 19
3-2-1 PLC系統規格與參數 19
3-2-2 PLC系統架構 23
第四章電力線通訊系統硬體架構 28
4-1 時序同步器(Timing Synchronizer) 28
4-1-1 延遲相關器(Delay Correlator) 29
4-1-2 峰值檢測器(Peak Detector) 31
4-1-3 訊號偵測器(Signal Detector) 32
4-1-4 符碼同步器(Symbol Synchronizer) 35
4-2 快速傅立葉轉換處理器(FFT Processor) 36
4-2-1 蝶型運算器架構 38
4-2-2 座標軸數位旋轉計算器 40
4-2-3 旋轉因子產生單元 42
4-2-4 FFT時序控制 43
4-2-5 位元反轉排序 44
4-3 通道估測/等化器(Channel Estimator/Equalizer) 46
4-3-1 通道估測器 46
4-3-2 通道等化器 47
4-4 硬式決策器(Hard Decision) 50
4-5 訊號解交錯器(Symbol/Bit Deinterleaver) 51
4-6 腓特比解碼器(Viterbi Decoder) 55
第五章硬體設計與實現 57
5-1 系統設計流程 57
5-2 定點數模擬(Fixed-Point Simulation) 58
5-3 電路合成報告 72
5-4 平台架構 75
第六章結論 77
參考文獻 78

參考文獻

[1]H. Meng. Y.L. Guan and S. Chen,“Modeling and Analysis of Noise Effects on Broadband Power-Line Communications,”IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 20,Issue 2,pp 630-637, April 2005.
[2]蒲冠志, 電力線通訊(PLC)系統工程系列專刊(五) ─ 電力線通訊訊號傳輸特性與實測
[3]M. Zimmermann and K. Dostert, “A Multipath Model for the Powerline Channel, ”IEEE Trans. Communications, vol. 50, Issue 4, pp. 553-559, April. 2002.
[4]HomePlug AV White Paper.Available: http://www.homeplug.org
[5]Ching-Huei Zheng,“A Baseband Digital Signal Processor for HomePlug AV Applications, ”National Tsing Hua University, 2006.
[6]ETSI EN 300 744, Digital Video Broadcasting(DVB), Framing structure channel coding and modulation for digital terrestrial television. European Standard.
[7]Shousheng He and M. Torkelson, “Designing Pipeline FFT Processor for OFDM (de) Modulation, ”URSI Int. Symp. Signals, Systems, and Electronics,vol. 29,pp 257-262, Oct. 1998.
[8]Ping-Chun Wang, “Design and Implementation of Variable-Length Fast Fourier Transform Processor in OFDM Systems, ” National Central University,July 2007.
[9]Ray Andraka, “A survey of CORDIC algorithms for FPGA based computers,” 1998 ACM/SIGDA Sixth International Symposium on Field programmable gate arrays, 191-200, 1998.
[10]Chia-Hung Kuo, “Design and Implementation of Viterbi Decoder for Multi-Rate Convolutional Code in DVB-T System, ” National Central University Thesis, July 2010.

指導教授

陳逸民(Yih-Min Chen)

審核日期

2011-10-20

推文