OFDM-Verfahren für die schmalbandige Datenübertragung im elektrischen Energieversorgungsnetz

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2012-01-10
Issue Year
2011
Authors
Hoch, Martin
Editor
Abstract

In Power Line Communications (PLC) the power distribution grid is modelled by a frequency-selective time-variant channel. Therefore, OFDM techniques are suited very well for this application since they equalize the frequency-selective behaviour in a simple fashion. For narrow-band PLC, where only little amounts of data are to be transmitted, it is advantageous to employ a non-coherent system that does not need a training sequence for channel estimation. Such type of system can be brought up with CyclicPrefix OFDM in combination with Differential Phase-Shift Keying (DPSK). In an alternative, Unique-Word OFDM, the guard interval is not filled by a cyclic prefix, but a “unique word”, which can be deployed for channel estimation. However, there is a loss in signal-to-noise power ratio due to the special type of signal generation. This loss can be more than regained in principle, but only by applying expensive detection. Another interesting technique is Wavelet-OFDM as its transmit spectrum can be formed outstandingly because of extended transmit pulses. This implies a large overhead when short packets of data are transmitted – additionally to a training sequence, for non-coherent detection is not possible. Cyclic-Prefix OFDM and DPSK are the basis of the Physical Layers of the PLC systems “PLC G3” and “PRIME”. Comparing their specifications and analyzing simulation results “PLC G3” turns out to be the more reliable system. In order to equalize the time-variant behaviour of the power line channel, linear equalization and Multiple Symbol Differential Detection is studied as well as algorithms to estimate the time-variant envelope.

Abstract

Das elektrische Energieversorgungsnetz stellt aus Sicht eines Datenübertragungsverfahrens einen frequenzselektiven zeitvarianten Übertragungskanal dar. OFDM-Verfahren eignen sich deshalb sehr gut zur Übertragung über einen solchen Kanal, weil die Frequenzselektivität einfach entzerrt werden kann. Zur schmalbandigen Übertragung von geringen Datenmengen empfiehlt es sich, ein inkohärent arbeitendes System zu verwenden, da es keine Trainingssequenz zur Kanalschätzung benötigt. Dies ist mit OFDM mit zyklischem Präfix in Kombination mit dafferentieller Phasenmodulation möglich. Eine Alternative, Unique-Word-OFDM, verwendet anstelle von zyklischen Präfixen ein feststehendes Wort, das zur Kanalschätzung genutzt werden kann. Allerdings ist mit der speziellen Signalerzeugung ein Störabstandsverlust verbunden, der nur durch aufwändige Detektionsverfahren in einen Gewinn überführt werden kann. Ein weiteres interessantes Verfahren ist Wavelet-OFDM, weil sich bei diesem aufgrund seiner langen Grundimpulse das Spektrum des Sendesignals hervorragend formen lässt. Es bringt aber bei kurzen Datenpaketen einen großen Überhang mit sich, zumal es nicht inkohärent detektiert werden kann, also eine Trainingssequenz benötigt. Auf OFDM mit zyklischem Präfix und differentieller Phasenmodulation basieren die Bitübertragungsschichten der Systeme „PLC G3“ und „PRIME“. Im Vergleich anhand der Spezifikationen und mittels Simulationsergebnissen stellt sich „PLC G3“ als das zuverlässigere System heraus. Zur Entzerrung der Zeitvarianz des Kanals wird lineare Entzerrung und Mehrsymboldetektion an einem einfachen Kanalmodell untersucht sowie Schätzverfahren zur Ermittlung der Zeitvarianz.

DOI
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