低压电力线载波通信综合实验系统的研究与应用

论文摘要

低压电力线载波通信具有线路分布广泛、使用方便等独特优点,在远程抄表、智能楼宇等方面得到了广泛应用。然而,低压电力线信道非常复杂,信号衰减大、干扰强,且其阻抗特性、衰减特性、噪声特性会随着地点和时间的不同发生剧烈的变化。这种恶劣的信道环境,不仅对数据传输造成很大影响,也给低压电力线载波通信产品的开发和评价带来很多困难。本文将在全面分析低压电力线信道特性的基础上,建立一套集仿真软件与硬件设备于一体的低压电力线载波通信综合实验系统,从而为低压电力线载波通信产品的研究与测试提供了一个可信的模拟现场。本文在深入研究低压电力线载波通信信道的基础上,提出了基于多径传输模型理论的低压电力线载波通信信道模拟方法。系统通过底层微处理器控制的继电器组可以自由地将各种信道模拟单元与净化电源连接起来,建立典型模拟信道拓扑结构。基于虚拟仪器的设计思想,本文利用支持VISA标准的通用测试设备建立了对系统模拟信道特性的自动测试软件,其测试结果验证了信道模拟的有效性。本文开发了载波通信的模拟传输实验软件,结合测试设备和专门设计的测试单元,实现了载波信号在实验系统提供的模拟信道中的传输,从而为通信产品的开发提供了重要的依据。为了评价通信产品的数据传输性能,本文提出了极端信道条件下的通信产品数据传输测试方法,并开发了通信产品误码率测试软件,为用户本系统提供了示范。为了实现系统的网络共享,本文利用套接字(Socket)技术开发了基于TCP/IP协议的系统远程网络操作软件,使互联网上的用户能够在远端利用该系统进行自研载波通信信号的传输试验。针对项目验收中专家提出的推广系统的建议,本文还提出了系统的改进构想,介绍了基于USB总线的控制系统以及基于混沌序列的噪声发生器设计原理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 相关领域研究现状综述
• 1.2.1 电力线载波通信研究现状综述
• 1.2.2 低压电力线载波通信信道模拟研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 低压电力线载波通信综合实验系统组建
• 2.1 基于多径传输模型的低压电力线通信信道模拟
• 2.1.1 低压电力线载波通信信道研究
• 2.1.2 多径传输信道模型
• 2.1.3 通信信道总体模型
• 2.1.4 基于多径传输模型的信道模拟实现
• 2.2 系统总体构成
• 2.3 系统上位机软件
• 2.4 系统硬件构成
• 2.4.1 净化电源
• 2.4.2 信道模拟单元
• 2.4.3 模拟信道拓扑结构控制单元
• 2.4.4 测试单元
• 2.4.5 噪声发生器
• 2.4.6 支持VISA 标准的测试设备
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统在载波通信研究中的应用功能开发
• 3.1 模拟信道特性测试
• 3.1.1 输入阻抗特性测试
• 3.1.2 传输衰减特性测试
• 3.1.3 测试点自动切换功能的实现
• 3.2 底层通信信号传输试验
• 3.2.1 底层通信信号传输试验功能的实现
• 3.2.2 底层通信信号传输试验举例
• 3.3 系统的远程网络使用功能
• 3.3.1 设计思路
• 3.3.2 远程网络数据传输的实现
• 3.3.3 系统的远程网络使用功能应用举例
• 3.4 上层数据传输试验
• 3.4.1 上层数据传输试验功能的实现
• 3.4.2 上层数据传输试验举例
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统在通信产品性能测试中的应用功能开发
• 4.1 通信产品数据传输测试
• 4.2 极端信道条件下通信产品数据传输测试
• 4.2.1 极端信道结构下的数据传输测试
• 4.2.2 噪声条件下的数据传输测试
• 4.3 通信产品数据传输性能对比
• 4.4 通信产品误码率测试
• 4.4.1 伪随机码序列的产生
• 4.4.2 误码率测试软件实现及应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统的改进构想与设计
• 5.1 系统结构改进
• 5.1.1 改进的系统总体结构
• 5.1.2 基于USB 总线的控制系统设计
• 5.1.3 基于SOC 控制核心的模拟信道拓扑结构控制单元设计
• 5.2 基于混沌序列的噪声发生器设计
• 5.2.1 混沌噪声硬件设计
• 5.2.2 基于混沌序列的噪声产生原理
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢