中壓電力線多載波通信的研究.pdf

1、電力線網(wǎng)絡已經(jīng)成為現(xiàn)代社會分布最為廣泛的網(wǎng)絡之一，研究基于電力配電網(wǎng)絡的通信技術具有重大的實用價值。本文側重于對線路阻抗、多經(jīng)反射和噪聲的研究，旨在通過對中壓配電網(wǎng)信道特性的研究，建立合適的信道模型以選擇適合于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦屯ㄐ偶夹g，包括調制方式、編碼技術、使用頻帶和發(fā)送功率等，并進行詳細分析和研究，從而為后續(xù)的高速PLC產(chǎn)品的研制開發(fā)工作打下堅實的基礎。論文首先通過對中壓電力線載波信道特性的研究，建立合適的信道模型和信道仿真模型；

2、然后根據(jù)該模型提出中壓電力線環(huán)境的OFDM信號設計方案，分析、選擇了適合該信道環(huán)境的自適應調制類型，提出了限制發(fā)射功率條件下的比特分配方案；接著為了在實際應用中盡量減輕信號盲區(qū)的影響，分析用10kV線路上的配電線進行數(shù)據(jù)傳輸時出現(xiàn)的駐波；為了克服電力線信道中的脈沖噪聲，提出了基于OFDM的脈沖噪聲處理算法。主要取得如下幾方面的成果： 1．重點對中壓配電線載波信道特性進行了深入的研究。 對該信道的噪聲特性、阻抗特性和衰減特

3、性進行了詳細而深入的分析，并在分析和測量的基礎上，綜合前人成果提出了噪聲(包括背景噪聲、窄帶噪聲和脈沖噪聲)模型，詳細推導了電力線多徑衰落模型，從而建立了中壓配電線載波信道模型。并且結合電力線信道多徑衰落的特點，對路徑到達時間和路徑的幅度分布進行了分析。在此基礎上，根據(jù)電力線信道的阻抗調制特性，采用信道控制模塊來調節(jié)信道衰減參數(shù)和噪聲參數(shù)，從而建立了信道仿真模型。該模型根據(jù)信道不同位置和時段的特點劃分了最優(yōu)、典型和惡劣等信道狀態(tài)，體現(xiàn)了

4、信道時變特性。從而為中壓配電線載波系統(tǒng)的設計提供了基礎和依據(jù)，這是一件非常重要的基礎性工作。 2．對中壓配電線載波信道中的駐波進行了計算分析。 由于電力線信道存在信號盲區(qū)，而中壓載波信道的信號盲區(qū)主要由駐波影響而產(chǎn)生，因此分析10kV線路的配電線數(shù)據(jù)傳輸時出現(xiàn)的駐波，可以在實際應用中盡量減輕信號盲區(qū)的影響。本文采用一種簡化方法來計算單位長度的串聯(lián)阻抗和分支導納矩陣，并以此進行中壓配電線上的駐波分析。發(fā)現(xiàn)當超過一定的頻率范

5、圍或在傳導性很差的地平面上(或者二者同時存在)，長期沿用的以Carson公式為基礎的分析方法因忽略了大地介質的影響，而對配電線上電壓駐波幅度的分析過于樂觀。因而對于不同頻率和不同位置的駐波計算可以采用不同的方法，從而可以有效避免或減小信號盲區(qū)的影響。本文分析方法可為中壓配電線上的載波通信提供更加安全可靠的設計參考。 3．根據(jù)本文提出的信道模型，給出了中壓配電線載波信道自適應OFDM信號設計方調制案。 根據(jù)中華人民共和國有

6、關電力行業(yè)標準，對于中壓配電線通信系統(tǒng)的信號頻帶、發(fā)射機輸出功率和物理層數(shù)據(jù)格式等要求，給出了信道的均方根(rms)延遲擴展σ<,rms>的估計算法和OFDM系統(tǒng)參數(shù)的選擇方案。從而為中壓電力線信道OFDM系統(tǒng)的建立提供了依據(jù)。 針對中壓配電線信道的實際條件，分析了三類自適應比特分配算法的特點，并對其各項性能指標進行了比較。仿真證明，L-C算法的總體性能最優(yōu)，而H-H算法的BER性能最好。在此基礎上提出了限制發(fā)射功率條件下的比特

7、分配方案，比已有的同類典型算法的計算復雜度明顯降低，運算速度更快，BER性能稍有降低。經(jīng)過實測數(shù)據(jù)仿真，表明了本算法的正確性和有效性。 4．提出了基于消隱非線性的OFDM多載波電力線系統(tǒng)脈沖噪聲檢測算法和閾值最優(yōu)化算法。 如果閾值選取得當，這種算法對中低信噪比時的性能有所改進，高信噪比時的性能只有些許下降。但這種算法的閾值選擇是關鍵，為此又提出了OFDM系統(tǒng)中消隱非線性的閾值最優(yōu)化算法，并在優(yōu)化閾值的基礎上，計算了消隱器

8、輸出信噪比，對系統(tǒng)的SNR增益進行了估計。在OFDM系統(tǒng)子載波足夠多的情況下，該算法結果和仿真結果吻合得很好。 5．對中壓電力線系統(tǒng)中的編碼和調制進行了研究。 在理論上詳細分析了中壓PLC信道中脈沖噪聲和多徑效應對單載波和OFDM系統(tǒng)的影響。仿真結果與分析結果吻合很好。通過分析可知，在脈沖噪聲影響下，OFDM系統(tǒng)的BER性能取決于脈沖噪聲的到達時間，平均持續(xù)時間和功率譜密度。并且只有在重度干擾的情況下，脈沖噪聲才能對OF

9、DM系統(tǒng)造成嚴重干擾。多徑效應對OFDM系統(tǒng)的影響要比脈沖噪聲大的多。在未加保護間隔的情況下，不同子載波數(shù)OFDM系統(tǒng)的BER曲線均出現(xiàn)了誤碼平臺。當GI長度大于信道的最大延遲時，可以消除誤碼平臺，大大提高OFDM系統(tǒng)性能。 測試了編碼OFDM電力線載波系統(tǒng)的BER性能，分別使用BPSK、QPSK和16QAM調制。信道編碼則使用了RS碼、卷積碼和Turbo碼，為了提高系統(tǒng)性能，使用了分塊交織。在性能上，BPSK調制比其它兩種調制