張德均 朱進(jìn)渝 蘭榮富

【摘要】 在通信方式中，電力線載波通信是其重要的一種；且隨著信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。而電力載波技術(shù)在船舶通信中的應(yīng)用已成為當(dāng)前發(fā)展的必然趨勢。因此，對船舶通信中電力載波技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，有著重要的意義。本文先對電力線載波技術(shù)做一個(gè)概述，然后再具體對解決船舶電力線載波通信技術(shù)的策略進(jìn)行闡述，以此來為業(yè)內(nèi)人士提供相關(guān)的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 船舶通信 電力線 載波通信 OFDP

當(dāng)前，船舶通信的內(nèi)容主要由廣播電視、局域網(wǎng)以及電話構(gòu)成；且其通信技術(shù)通常為雙絞線。這種通信技術(shù)雖然具有抗干擾好、效果好以及效率高等優(yōu)點(diǎn)；但是其成本非常高，且電纜常因各種因素（如，船舶設(shè)備數(shù)量的增加或者是減少等）的影響而發(fā)生變動，從而使得其成本大大增加。而電力線載波技術(shù)是一種新型的通信方式。加之，據(jù)相關(guān)實(shí)踐研究結(jié)果表明，電力線載波技術(shù)在船舶通信中的應(yīng)用不僅能有效的對船舶的通信成本進(jìn)行控制，而且還能有效的提高其通信的水平。因此，對船舶通信中電力線載波技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析已成為當(dāng)前研究的重要課題之一。

一、電力線載波技術(shù)概述

1.1電力線載波技術(shù)的含義

電力線載波技術(shù)是 指采用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號通信的一種方式，主要被應(yīng)用于電力網(wǎng)通信領(lǐng)域之中。而電力線載波通信即是電力載波通訊（Power line Communication，PLC），它是通過利用現(xiàn)有的電力線并以載波的方式將模擬或者數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)囊环N技術(shù)。同時(shí)，電力線載波通信也是電力系統(tǒng)特有的通信方式，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)于各個(gè)領(lǐng)域。且伴隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力線載波技術(shù)會越來越成熟。

1.2電力線載波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

之所以要將電力線載波技術(shù)應(yīng)用到船舶通信之中，主要是因?yàn)槠渚哂袩o可比擬的優(yōu)勢。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是，它能夠有效的減少因信道的時(shí)間彌散性而造成的影響，從而可以盡可能地避免電力線通信環(huán)境中的信道受到干擾；二是，它能夠通過分配突發(fā)性干擾信道的方式來將突發(fā)性干擾轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)信號，以此來使得信號通過簡單的糾錯(cuò)就能夠?qū)⑿盘栠M(jìn)行恢復(fù)，從而有效的減少電力線通信環(huán)境中因信道衰減而帶來的副作用；三是，它還能有效的抵抗窄帶而帶來的干擾；四是，它的安裝較為簡單且設(shè)置也較為靈活，從而為用戶寬帶、互聯(lián)帶的鋪設(shè)提供了方便，進(jìn)而有利于促進(jìn)智能家庭自動化的實(shí)現(xiàn)；五是，它為電力公司的電力管理提供了一個(gè)傳輸?shù)耐ǖ溃瑥亩欣陔娏?、圖像綜合業(yè)務(wù)、話音以及數(shù)據(jù)傳輸通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)；等等。

1.3電力線載波技術(shù)在船舶通信中存在的問題

目前，電力線載波技術(shù)在船舶通信中存在的問題主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即通信噪音問題和信號衰減。由于本文篇幅有限，本文主要對通信噪音問題進(jìn)行分析。一般而言，通信噪音主要由無線電廣播受到干擾和低壓電網(wǎng)出現(xiàn)相連負(fù)載所致。噪音問題的出現(xiàn)，會使得電力線在傳送數(shù)據(jù)時(shí)引發(fā)一系列各種問題，從而大大加大了確保數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的難度。同時(shí)，通信噪音會隨著時(shí)間與地點(diǎn)的不同而發(fā)生變化。因此，相關(guān)部門或單位必須對通信噪音問題進(jìn)行分析，并采取行之有效的策略進(jìn)行解決。

二、解決船舶電力線載波通信技術(shù)的策略

由上文可知，噪音問題是電力線載波技術(shù)在船舶通信中存在的最主要問題；其是否能夠得到解決直接關(guān)系到電力線載波技術(shù)能否順利地應(yīng)用到船舶通信之中。因此，相關(guān)部門或單位必須采取行之有效的措施來解決這一問題。據(jù)相關(guān)實(shí)踐研究結(jié)果表明，利用正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是解決通信噪音問題的主要有效手段之一。筆者以分析電力線通信環(huán)境中噪音的特性為出發(fā)點(diǎn)，以O(shè)FDM技術(shù)中的相關(guān)內(nèi)容為基礎(chǔ)，并結(jié)合相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)來總結(jié)出以下解決思路和方法：

2.1電力線通信環(huán)境中噪音的特性

由于船舶電力系統(tǒng)具體復(fù)雜性的特性，使得通信噪音也具有這一特性。通過相關(guān)的研究和分析可知，電力通信環(huán)境中噪音的特性主要包括：周期性、隨機(jī)性、持續(xù)性以及多變性。其中，周期性的噪音是由諧波噪音頻率達(dá)到交流電頻率的倍數(shù)而產(chǎn)生的，主要受船舶的大小、線路的負(fù)載情況以及用電設(shè)備的數(shù)量等各種因素的影響。同時(shí)，這還會給電力線載波通信帶來嚴(yán)重的影響，如誤碼率上升、通信信噪比降低以及信號頻譜被噪音頻譜所覆蓋等。隨機(jī)性噪音主要由船舶復(fù)雜的電力網(wǎng)的操作而引起的，通常表現(xiàn)為短時(shí)間的脈沖噪音。持續(xù)性噪音主要由船舶中電力設(shè)備的負(fù)荷、相位以及周期發(fā)生變化而引起的；而多變性噪音則是指噪音會隨著時(shí)間與地點(diǎn)的變化而變化，其對電力線載波技術(shù)在船舶通信中應(yīng)用的影響最小。

2.2 OFDM技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

OFDM是一種多載波調(diào)制，它是在多載波調(diào)制（MultiCarrier Modulation，MCM）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。同時(shí)，它的調(diào)制是在快速傅里葉逆變換（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其解調(diào)則是在快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。目前，OFDM載波技術(shù)是現(xiàn)實(shí)復(fù)雜度最低且應(yīng)用最為廣泛的多載波傳輸方案中的一種。

將OFDM技術(shù)應(yīng)用到電力線載波通信上的作用主要在于是電力線上的高速數(shù)據(jù)通信成為可能。其基本原理主要表現(xiàn)為：將可用的信道帶寬劃分成多個(gè)子信道，且每個(gè)子信道應(yīng)無限接近于理想信道；同時(shí)，通過利用載波的正交性而使得在規(guī)定范圍頻段內(nèi)的載波輸出一定的速率數(shù)據(jù)。值得注意的是，總的傳輸速率是由所有載波傳輸數(shù)據(jù)合成的。

2.3措施

雖然電力線的船舶通信技術(shù)取得了較大的成就；但是因通信噪音問題的存在及通信噪音本身的特性而使得其發(fā)展較為緩慢，從而導(dǎo)致某些假設(shè)與模型并不能真正地應(yīng)用到實(shí)際中去。而通過根據(jù)通信噪音的特性而對電力線載波技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，能夠有利于其在船舶通信中的進(jìn)一步利用。根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐研究并結(jié)合相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，解決通信噪音問題的措施主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是，以提高信號接收端可靠性和靈敏度的方式來解決因信號頻譜被覆蓋而產(chǎn)生的通信噪音，從而能實(shí)現(xiàn)對信號進(jìn)行正確識別的目的；二是，為了盡可能地避免周期性噪音和突發(fā)性噪音對通信造成干擾，則相關(guān)部門可以采取有效的對策對信號收發(fā)的運(yùn)行體制進(jìn)行強(qiáng)化；同時(shí)，信號收發(fā)的運(yùn)行體制主要包括預(yù)讀機(jī)制、重發(fā)機(jī)制以及糾錯(cuò)功能等；三是，為了進(jìn)一步解決通信中存在的噪音和衰減問題，相關(guān)部門還可以通過利用擴(kuò)頻通信技術(shù)來進(jìn)一步提高電力線載波通信系統(tǒng)的生存能力；四是，為了從根本上解決電力線載波技術(shù)在船舶通信應(yīng)用的噪音問題，相關(guān)部門或單位則應(yīng)將OFDM技術(shù)引入其中，并采取行之有效的措施不斷對其進(jìn)行優(yōu)化；值得注意的是，相關(guān)部門或單位應(yīng)不斷加強(qiáng)OFDM技術(shù)的解碼能力、編碼能力以及抗衰減能力。

2.4基于OFDM電力線傳輸在船舶通信系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

在上述措施中，OFDM技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化是解決電力載波技術(shù)在船舶通信應(yīng)用中噪音問題的關(guān)鍵。因此，相關(guān)部門或單位對基于OFDM電力線傳輸在船舶通信系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，有著重要的意義。一般而言，OFDM應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括同步問題和非線性失真問題，其具體內(nèi)容如下：

2.4.1 OFDM的同步問題

由于在多載波系統(tǒng)中，若載波頻率出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，則會對子信道產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。而OFDM系統(tǒng)屬于多載波系統(tǒng)，且其輸出信號是由多個(gè)子信道信號合成的。因此，這使得對OFDM系統(tǒng)中子信道信號的正交性的要求非常嚴(yán)格。目前，同步仍是OFDM技術(shù)中的難點(diǎn)之一。一般而言，OFDM的同步問題主要包括時(shí)鐘位置偏移、采樣頻率偏移以及載波頻率偏移。要解決OFDM的同步問題關(guān)鍵在于其同步算法。當(dāng)前，OFDM的同步算法被大致分為兩類，即通過利用長訓(xùn)練序列或者是導(dǎo)頻信號來實(shí)現(xiàn)載波同步的目的和通過利用OFDM循環(huán)前綴的相關(guān)性來達(dá)到系統(tǒng)同步的目標(biāo)。前一類算法雖然其性能較好，但是它會給功率和帶寬造成一定的損失；而后一類算法不僅能精確地完成載波的同步，而且還滿足了電力線高速率、高實(shí)時(shí)性以及短突發(fā)的要求。基于此，要解決OFDM的同步問題，則應(yīng)選擇第二種同步算法。

2.4.2 OFDM的非線性失真問題

由于OFDM系統(tǒng)的輸出是由多個(gè)子載波信號組成的，當(dāng)所有信號的相位一致時(shí)，則會導(dǎo)致其輸出的瞬時(shí)功率會遠(yuǎn)大于其平均功率?；诖耍粝到y(tǒng)的線性范圍滿足不了信號變化的要求，則會導(dǎo)致OFDM出現(xiàn)非線性失真問題。因此，為了盡可能地避免這一問題的發(fā)生，則應(yīng)在大功率補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下進(jìn)行相應(yīng)的工作。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，相關(guān)部門或單位則應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)來對OFDM信號的峰平功率比進(jìn)行降低，以此來使系統(tǒng)的整個(gè)性能獲得提高。

三、結(jié)束語

綜上所述，電力線載波技術(shù)是一項(xiàng)主要的通信方式，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。伴隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力線載波技術(shù)會越來越成熟?；诖?，船舶通信中電力線載波技術(shù)的應(yīng)用已成為必然發(fā)展的趨勢。而目前，電力線載波技術(shù)在船舶通信中的應(yīng)用存在噪音問題。因此，相關(guān)部門或單位必須對噪音問題進(jìn)行分析，并采取行之有效的措施進(jìn)行解決。由于本文篇幅有限，必然存在不足之處。故而，這還需要我們進(jìn)一步對船舶通信中電力線載波技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討和分析。

參 考 文 獻(xiàn)

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