基于电力线载波技术的船舶通信研究

李 妍

（渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125005）

1 引言

现在船舶各数据终端的通讯连接一般通过船用电缆实现，常使用双绞线，其通信效率高，抗干扰能力强。随着科技的发展，船舶中许多设备不断的更新与添加，而每种设备的增加，通信接口的增加都要求更多的电缆来连接。电缆的铺设不仅耗费不少人力物力，而且还需要不少时间。考虑到船舶中已有的最普及的网络——船舶配电网络，并且受到近几年开始发展起来的电力线宽带上网技术的启发，如果可以将电力线网络应用于船舶通信系统，则可免去不少铺设网络的麻烦。

2 船舶电力线载波通信技术存在的问题

电力线载波通信技术(Power Line Carrier Communication Technology)，简称PLC，是指利用电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。高速电力线载波通信应用的主要领域是电力线上网。通过电力线组成局域网，然后通过相应的电网猫与其它的宽带相连接实现无布线组网。

对于高速数据通信，电力线是一个环境非常恶劣的信道，许多技术问题一直困扰人们。其中，最主要的问题在于噪音和信号衰减。电力线通信的噪音主要来自于低压电网相连的负载，以及无线电广播的干扰。负载的开关会引起电流的波动，在电力线的周围产生电磁辐射，这样，沿电力线传送数据时，会出现许多意想不到的问题。在这样的噪声环境下，很难保证数据传输的质量。而且，电力线通信的噪音和信号衰减是随时间变化的，很难找到规律。因此，电力线通信的环境极为恶劣。

3 船舶电力线载波通信技术中噪音问题的解决方法

解决这个问题的，正是正交频分复用技术(OFDM)。这一调制解调技术解决了在电力线环境中实现载波通信所存在的许多问题，如信号干扰与衰减问题。也正是这项技术的推广应用使得高速电力线载波通信成为可能。

OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是不平坦的，该技术的基本原理是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据，并在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是不平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。而且大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。

3.1 OFDM的调制

OFDM 调制由快速傅立叶变换 FFT过程产生，M位数据被编码至图1所示频域内的N个子载波上。M=N×B，B为每个调制符号的位数。在QPSK或DQPSK中，B=2；16-QAM中，B=4；64-QAM中，B=8。使用反向FFT(IFFT)将频域子载波转换到时域，产生一个OFDM符号，其时间长度等于子载波间隔的倒数，同速率相比，它是一段非常长的时间。

纠错处理采用叠加编码和Viterbi编码，编码压缩率为1/2，9/16，2/3，3/4。

3.2 OFDM的解调

OFDM使用发信的反向过程解调信号，周期前缀被从时域信号中剔除，每个符号都使用FFT转换到频域。当使用 DQPSK调制方式时，通过检查相邻 OFDM 符号之间子载波的相位差进行数据解码。

3.3 多径反射

每个OFDM符号前加入一个周期前缀，用以在一个由多径反射引起的时间色散信道中维持完全正交。前缀是复制符号的最后部分，将其加到符号的开始部分而产生的，见图2。长的OFDM符号周期一般持续几微秒，同占OFDM符号周期很小比例的周期前缀组合，是在时间色散信道中提高性能的关键因素。

3.4 多径衰落

尽管OFDM可以消除多径反射带来的ISI，但还有一个叫做衰落的问题也是由多径反射带来的。衰落是由反射信号到达后抵消了先前到达的信号(即 180°相移)所引起的，一般只发生在某些特定频率或子频率。因为反射时延一般是固定不变的，而相角却是随频率变化的。其结果是丢失了一些子载波承载的数据。

解决该问题的方法是增加频谱交错和错误码来恢复丢失的位，这一般归类为编码 OFDM(COFDM)。DAB和DVB标准都使用COFDM。

4 结论

随着电力线载波通信技术的成熟，相关电磁干扰标准的规范，电力线载波通信技术得到越来越广泛的应用。在船舶通信系统中使用这一技术是一种大胆的尝试。

通过研究，高速电力线载波通信完全可以应用于舰船通信中。本文主要解决了电力线载波通信在船舶通信中应用的关键技术，即采用OFDM调制解调技术解决电力线传输噪声的问题。

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