面向AMI的低壓電力線信道特性與傳輸性能優(yōu)化方法研究.pdf

1、利用現(xiàn)有的電網(wǎng)資源，建立高速、雙向、實(shí)時(shí)的通信系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)（Smart Grid，SG）的基礎(chǔ)，在生態(tài)環(huán)保的前提下，節(jié)約了國(guó)家資源?；谟?jì)量和Home LAN應(yīng)用的電網(wǎng)用戶，主要集中于進(jìn)戶線路和戶內(nèi)線路的低壓段，如何使高速通信技術(shù)適應(yīng)于低壓電網(wǎng)，是電力線通信（Power Line Commmunication，PLC）的研究重點(diǎn)。低壓電力信道具有大的信號(hào)衰減、時(shí)變特性以及強(qiáng)的噪聲干擾，一定程度上限制了高速的數(shù)據(jù)通信，而正交頻分復(fù)

2、用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）調(diào)制技術(shù)，通過將高速串行數(shù)據(jù)流分割為低速并行數(shù)據(jù)流并調(diào)制在相互正交的子載波上實(shí)現(xiàn)并行傳輸，能夠有效對(duì)抗信道多徑引起的碼間串?dāng)_和衰落引起的誤碼率，提高抗噪聲干擾的能力，在電力通信中發(fā)展迅速。
　　現(xiàn)階段基于電力線的通信技術(shù)，在滿足傳輸速率或誤比特率的基礎(chǔ)上選擇基帶映射模式，同一時(shí)刻每個(gè)子信道上采用相同的映射方式和發(fā)送功率，設(shè)計(jì)映射和編

3、碼等參數(shù)均以最差時(shí)的信道狀況為依據(jù)，為了抗干擾，屏蔽某些干擾嚴(yán)重的子載波，所以數(shù)據(jù)幀冗余，頻譜利用率降低，當(dāng)信道具有較大干擾時(shí)，其通信速度陡降。本文在研究窄帶（9-95kHz）電力信道和噪聲模型的基礎(chǔ)上，選擇G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建OFDM通信系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)傳輸率，一方面通過主元分析的方法改進(jìn)符號(hào)同步檢測(cè)性能并抑制電力噪聲，另一方面采用適于軟判決解映射和解碼的自適應(yīng)子載波比特映射方式。最后論文將所研究低壓窄帶電力載波通信技術(shù)應(yīng)用于AMI（

4、Advanced Metering Infrastructure）系統(tǒng)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層入網(wǎng)方法，并完成系統(tǒng)組網(wǎng)測(cè)試。主要工作包括：
　　（1）通過對(duì)窄帶(9-95kHz)電力信道平穩(wěn)和非平穩(wěn)分布的噪聲進(jìn)行實(shí)際環(huán)境的測(cè)量，提取衰減-多徑-噪聲功率-脈沖率等特性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布，構(gòu)建由這些特性參數(shù)所描述的隨機(jī)模型，模擬真實(shí)的電力環(huán)境，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和評(píng)測(cè)最優(yōu)信道容量方法。
　?。?）選擇G3-PLC協(xié)議的物理層，建立OFDM上下

5、行通信鏈路，作為論文的系統(tǒng)模型。并提出傳輸性能優(yōu)化的OFDM系統(tǒng)。
　　（3）電力噪聲包括平穩(wěn)分布的背景噪聲和非平穩(wěn)分布的脈沖噪聲。脈沖噪聲具有非平穩(wěn)性，采用改進(jìn)的時(shí)域非線性Clipping/Blanking方法進(jìn)行抑制；對(duì)于背景噪聲，因其具有平穩(wěn)高斯性，而OFDM信號(hào)符合線性分布模型，基于含噪信號(hào)主元分析，分解干凈信號(hào)和電力噪聲特征向量，一方面利用主元濾波的方法檢測(cè)符號(hào)起點(diǎn)，另一方面應(yīng)用重構(gòu)錯(cuò)誤最小方差準(zhǔn)則（Variance o

6、f the Recontruction Error，VRE）,確定最優(yōu)信號(hào)秩，在信號(hào)失真最小準(zhǔn)則前提下，應(yīng)用拉格朗日最優(yōu)極值法，推導(dǎo)OFDM信號(hào)的線性估計(jì)。
　?。?）在信道模型已知的前提下，確定子載波 BER與信道傳輸率的數(shù)學(xué)關(guān)系，和公平性能約束關(guān)系。在公平約束性能的條件下，通過簡(jiǎn)單非迭代離散方法動(dòng)態(tài)分配比特。在總體BER和均勻功率分配的限制下，解決最優(yōu)容量問題，即最大化傳輸速率。
　?。?）基于所研究物理層技術(shù)，和已有M