汽車電力線載波通信信道特性研究.pdf

1、隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)通信方式已經(jīng)不能適應(yīng)汽車電子設(shè)備控制和數(shù)據(jù)通信的要求，汽車總線技術(shù)已經(jīng)勢在必行。在這種情形下，如何在汽車上建立作為總線技術(shù)基礎(chǔ)的高速通信信道問題自然成為汽車電子領(lǐng)域廣受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。而目前利用低壓電力線進(jìn)行信息高速載波通信技術(shù)(PLC技術(shù))由于可利用電力線、通信容量大、無須鋪設(shè)新線路、接入靈活、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，正受到國內(nèi)外高度重視?？紤]到汽車電力線與低壓電力線有許多相同之處，本文作者在完成廈門金龍公司

2、“采用CAN協(xié)議的大型客車控制總線”項(xiàng)目中，把電力線載波通信技術(shù)用在汽車上，利用汽車原有的電力線做載波通信信道，實(shí)現(xiàn)速率大于1Mbit/s的數(shù)字傳送。該工作符合汽車總線通信信道低成本，高性能的要求，是在汽車高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究中的一個(gè)有意的嘗試。就目前國內(nèi)而言，把PLC技術(shù)應(yīng)用于汽車上的工作也有一些報(bào)道，然而國內(nèi)有關(guān)PLC在汽車上應(yīng)用的文章大都把注意力集中在總線協(xié)議和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的層面上，對汽車PLC技術(shù)的載波通信信道特性本身的研究還沒引起

3、重視，有限的一些相關(guān)文章主要都集中在汽車噪聲對通信電路的影響。因此，本文的目的就是通過汽車電力線載波通信信道特性進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，希望在理論上對PLC技術(shù)在汽車上的應(yīng)用做出些貢獻(xiàn)。 本文首先介紹了汽車高速總線的意義以及總線對通信信道所提出的技術(shù)要求。同時(shí)對國內(nèi)外電力線載波通信的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了詳盡的闡述。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合汽車電系本身的特點(diǎn)，確定了對“汽車電力線載波通信信道特性”的研究內(nèi)容應(yīng)該集中在對信道的噪聲特性、傳輸特性、

4、傳輸容量、調(diào)制技術(shù)等影響信道通信能力的主要因素上。在確定了研究方向和內(nèi)容后，主要做了以下幾個(gè)方面的工作： 1、對汽車電系主要能夠產(chǎn)生噪聲的原因進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究，找出汽車電系干擾的特征性質(zhì)。根據(jù)噪聲傳播的途徑，研究分為導(dǎo)線傳遞噪聲和輻射傳遞噪聲進(jìn)行。研究確定了導(dǎo)線傳遞噪聲發(fā)生在電系搭載的電氣設(shè)備投載和拋載的過渡過程中，噪聲以正向和負(fù)向的指數(shù)衰減脈沖為特征；給出了火花塞輻射源遠(yuǎn)場電磁輻射電場計(jì)算公式，指出了電磁輻射噪聲電壓是輻射

5、電場在導(dǎo)線上的線積分。兩條平行導(dǎo)線得到的輻射噪聲具有共模信號的特征，這個(gè)特征對于在電路上消除輻射噪聲具有特別的意義。 2、在專門設(shè)計(jì)的汽車電氣模擬實(shí)驗(yàn)平臺上，對500KHz～10MHz頻段進(jìn)行噪聲實(shí)際測量，研究信道噪聲的時(shí)域表現(xiàn)、頻域表現(xiàn)和噪聲功率譜。對測量數(shù)據(jù)的分析表明，汽車電力線載波通信信道沒有通常低壓載波通信信道具有的多孔徑效應(yīng)，也不存在采樣點(diǎn)歧視。分析還表明，由于耦合器的選頻特性，汽車電系電氣設(shè)備產(chǎn)生的脈沖干擾并不能傳遞

6、到載波信道中。這兩個(gè)結(jié)論對簡化載波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)有深刻的意義。分析還表明，汽車電力線載波通信信道中的噪聲主要由高斯白噪聲、窄帶噪聲、周期性噪聲組成，且噪聲能量主要集中在5MHz以下的頻段內(nèi)。 3、設(shè)計(jì)了汽車電力線載波通信信道傳輸特性實(shí)驗(yàn)測試方案，在實(shí)驗(yàn)樣車上進(jìn)行了信道傳輸特性實(shí)驗(yàn)，得到了不同條件下信道的傳輸頻率響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明汽車電力線載波通信信道幅頻特性具有時(shí)變性，通過對數(shù)據(jù)的分析認(rèn)為：幅頻特性的時(shí)變性是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程，可用

7、一個(gè)白噪聲σ2通過一個(gè)濾波器的輸出來描述，基于這個(gè)思想建立了汽車電力線載波通信信道頻率響應(yīng)的3階統(tǒng)計(jì)自回歸模型。通過將仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)對比，證實(shí)了該模型的正確性。這個(gè)工作為后續(xù)各種調(diào)制解調(diào)方法的研究提供了一個(gè)有效的仿真平臺。 4、對比了載波通信系統(tǒng)中常用的幾種調(diào)制解調(diào)技術(shù)，認(rèn)為OFDM技術(shù)適用于汽車電力線載波通信。文章提出了一種OFDM具體實(shí)現(xiàn)的辦法，該辦法可以直接把IFFT的基帶輸出經(jīng)過濾波、功率提升后直接耦合進(jìn)電力線發(fā)送。

8、這種辦法避開了基帶信號需要進(jìn)一步載波調(diào)制的環(huán)節(jié)，簡化了系統(tǒng)復(fù)雜程度?；谇懊婀ぷ髦械玫降男诺滥Ｐ?，討論了如何選擇OFDM系統(tǒng)參數(shù)的問題并進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明：采用MPSK方式調(diào)制，在發(fā)射功率為0.2W時(shí)，可用波特率1.752Mbit/s的速率通信，通信誤碼率小于10-4，顯然完全可以滿足汽車C類總線要求的通信碼率。 研究了系統(tǒng)的信道容量，給出一種求解加性高斯白噪聲信道的信道容量方法。并利用第三章和第四章的結(jié)果，對汽車載波通信