电力线载波通信抗衰落分集技术的研究与实现

论文摘要

电力线载波通信是指利用现有电力线网络实现数据传输的一种通信方式,具有线路投资小,连接方便等优点,应用前景广阔。电力线载波通信技术发展迅速,已成为当前科技领域的研究热点,但是电力线信道坏境恶劣严重影响数据的可靠通信。传统的电力线通信系统中采用的单频点传输已经无法满足需求。分集技术是一种抗衰落技术,它能够很好地改善信号在频率选择性衰落信道下的传输可靠性。本课题研究应用分集技术提高电力线载波通信的抗衰落性能。根据国内电力线信道环境,针对电力线信道特性进行理论分析,其信道特性突出表现在信号干扰大,噪声种类复杂,信号衰减强,而且其具有频率选择性衰落特性和时变性强的特点。在此基础上,建立相应的电力线衰落信道模型。针对电力线衰落信道对低压电力线通信系统的影响,对调制解调技术、分集合并技术和纠错编码技术进行理论分析并进行系统方案的设计,研究适用于电力线通信的分集方案。在分集技术基础上加入纠错编码如汉明码和卷积码,利用MATLAB对电力线通信系统进行建模仿真,包括多频点FSK调制、基于DSTFT的FSK信号解调模块、合并处理模块、纠错编码和解码模块等主要模块。通过对解调模块、合并判决和解码模块的不同组合的研究,来进一步提高系统性能。电力线载波通信系统采用TI公司高性能32位DSP芯片TMS320F2812作为核心,编程实现多频点频率分集PLC通信系统中主要模块的核心算法,包括调制模块、解调模块、纠错编码解码模块以及串口收发模块。并设计相应的外围电路,包括发送功放、耦合和接收信号放大电路等。整个系统具有结构简单、灵活等特点。这些关键技术实现复杂度低,当应用于低压电力线通信时,具有较好的抗衰落性能。在实际的应用中,可以根据不同的应用需求和软硬件资源配置,设计适用于PLC的分集方案,以达到低成本,易于实现且可靠通信的要求。搭建低压PLC实验系统并对实验系统进行测试和分析,实验数据表明,所设计的分集方案以及纠错编码等技术可以有效提高电力线载波通信系统的抗衰落能力,可以在恶劣的电力线信道环境下提高其通信可靠性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 PLC抗衰落技术
• 1.4 本课题研究思路
• 1.5 章节安排
• 第二章 信道特性分析
• 2.1 低压电力线阻抗特性
• 2.2 低压电力线噪声特性
• 2.3 低压电力线衰减特性
• 2.3.1 线路损耗衰减
• 2.3.2 频率选择性衰落
• 2.4 电力线衰落信道模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 多频点PLC相关技术研究与仿真
• 3.1 PLC系统概述
• 3.2 FSK调制与解调技术
• 3.2.1 FSK调制技术
• 3.2.2 FSK解调技术
• 3.2.3 基于短时离散傅里叶变换的FSK解调
• 3.3 分集与合并技术
• 3.3.1 分集技术
• 3.3.2 合并技术
• 3.4 纠错控制技术
• 3.4.1 线性分组码
• 3.4.2 卷积码
• 3.5 软判决译码技术
• 3.6 系统设计与MATLAB仿真
• 3.6.1 分集合并方案的设计
• 3.6.2 分集合并方案的仿真
• 3.6.3 纠错码的仿真
• 3.7 本章小结
• 第四章 多频点PLC通信系统的DSP实现
• 4.1 系统的总体架构
• 4.2 TI的DSP芯片TMS320F2812介绍
• 4.3 串口SCI模块的实现
• 4.3.1 SCI初始化
• 4.3.2 SCI发送和接收
• 4.4 调制与解调模块的实现
• 4.4.1 调制模块的实现
• 4.4.2 解调模块的实现
• 4.4.3 合并判决模块的实现
• 4.5 编码与解码模块的实现
• 4.5.1 汉明码
• 4.5.2 卷积码
• 4.6 系统外围电路的设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 系统的测试与分析
• 5.1 系统的设计
• 5.2 系统的调试
• 5.3 分集方案的测试与分析
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文