多輸入多輸出電力線通信信道特性研究.pdf

1、隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，新的通信業(yè)務(wù)需求對(duì)電力線通信(Power LineCommunication，PLC)技術(shù)提出了更高的要求，利用現(xiàn)有電力線架構(gòu)有效傳輸高質(zhì)量的通信信號(hào)具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。多輸入多輸出電力線通信(Multi-input Multi-output Power Line Communication，MIMO-PLC)作為一種有效對(duì)抗PLC信道多徑衰落、提高PLC可靠性和信道容量的潛在有效手段受到了業(yè)界愈來愈廣

2、泛的關(guān)注。針對(duì)目前關(guān)于MIMO-PLC信道特性的研究和掌握不夠充分、國內(nèi)鮮有MIMO-PLC技術(shù)相關(guān)研究的文獻(xiàn)報(bào)道的情況，本文對(duì)2～100MHz范圍內(nèi)的寬帶MIMO-PLC信道特性進(jìn)行了全面而深入的分析研究。本文基于多導(dǎo)體傳輸線理論，建立了適用于寬帶MIMO-PLC信道的可靠模型;結(jié)合模型和測量數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了2～100MHz范圍內(nèi)寬帶MIMO-PLC信道特性的變化規(guī)律;基于改進(jìn)模型，建立了寬帶MIMO-PLC隨機(jī)參數(shù)信道模型，并提出了

3、一種針對(duì)寬帶MIMO-PLC信道的“混合”建模方法，首次對(duì)寬帶MIMO-PLC信道的隨機(jī)特性進(jìn)行了全面的分析;利用頻率切片小波變換首次詳細(xì)分析了2～100MHz范圍內(nèi)寬帶MIMO-PLC信道的噪聲特性;建立了中繼模型，首次詳細(xì)分析了中繼對(duì)寬帶MIMO-PLC信道特性的影響。本文的研究旨在全面了解和掌握寬帶MIMO-PLC信道特性及變化規(guī)律，為寬帶MIMO-PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論和數(shù)據(jù)支持，促進(jìn)寬帶MIMO-PLC技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

4、>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了一種針對(duì)寬帶MIMO-PLC信道的改進(jìn)模型。通過對(duì)低壓室內(nèi)配電網(wǎng)常用電纜中影響PLC信道特性的一次線參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，揭示了低壓室內(nèi)配電網(wǎng)常用電纜一次線參數(shù)隨頻率變化的規(guī)律;基于多導(dǎo)體傳輸線理論分析了基于電壓比的寬帶MIMO-PLC信道基本模型建模過程，在考慮絕緣材料電特性的情況下，提出了一種針對(duì)寬帶MIMO-PLC信道的改進(jìn)模型，對(duì)無分支和有分支情況下的寬帶MIMO-PLC信道進(jìn)行了有效建模，并將模

5、型計(jì)算值與實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示，模型能夠很好的描述寬帶MIMO-PLC實(shí)際信道的特性，達(dá)到了預(yù)期效果，模型為寬帶MIMO-PLC信道特性的研究提供了可靠的分析工具。⑵分析了寬帶MIMO-PLC信道傳輸特性和輸入阻抗特性隨信道拓?fù)渥兓兓囊?guī)律，系統(tǒng)地分析了寬帶MIMO-PLC信道上的噪聲特性。設(shè)計(jì)和搭建了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的寬帶MIMO-PLC網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)和輸入阻抗進(jìn)行了大量測量，利用測量數(shù)據(jù)

6、并結(jié)合所建寬帶MIMO-PLC信道模型，定量分析了分支長度、分支位置和分支數(shù)量對(duì)寬帶MIMO-PLC信道特性的影響;對(duì)在線情況下的信道特性進(jìn)行了建模并與實(shí)際測量值進(jìn)行了對(duì)比，進(jìn)一步證明了建模思路和方法的正確性;對(duì)典型環(huán)境下寬帶MIMO-PLC信道中的噪聲進(jìn)行了測量，并利用頻率切片小波時(shí)頻分析方法對(duì)寬帶范圍內(nèi)MIMO-PLC信道噪聲的特性進(jìn)行了全面的分析和研究。這些研究對(duì)于簡化寬帶MIMO-PLC信道特性的研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用具有重要

7、意義。⑶分析了寬帶MIMO-PLC隨機(jī)參數(shù)信道特性;提出了一種針對(duì)寬帶MIMO-PLC信道的“混合”建模方法，對(duì)不同帶寬下的寬帶MIMO-PLC信道特性進(jìn)行了全面的分析。利用本文的改進(jìn)模型建立了針對(duì)特定場景的寬帶MIMO-PLC隨機(jī)參數(shù)信道模型，并對(duì)隨機(jī)參數(shù)寬帶MIMO-PLC信道特性進(jìn)行了全面的研究和分析，模型利用統(tǒng)計(jì)分布來表征信道的物理參數(shù)，比較分析了參數(shù)隨機(jī)且分支不同的MIMO-PLC寬帶信道特征;結(jié)合電力線信道自下而上建模和自上

8、而下建模兩種建模方法，提出了一種寬帶MIMO-PLC混合模型，為寬帶MIMO-PLC信道特性分析、研究及工程應(yīng)用提供了一種先驗(yàn)寬帶MIMO-PLC信道建模方法。給出了相關(guān)算例，分析了算例在2～30MHz和2～100MHz兩種帶寬下的信道特征和參數(shù)。⑷分析了中繼對(duì)寬帶MIMO-PLC信道特性的影響。以放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼模式(amplify-and-forward，AF)作為寬帶MIMO-PLC中繼模式，基于本文建立的寬帶MIMO-PLC直接鏈路