基于时频分析的FSK解调算法研究及其DSP实现

论文摘要

电力线载波通信（Power Line Carrier Communication，简称PLCC）技术是电力系统特有的通信方式。随着通信技术及自适应技术的发展，低压电力线通信获得了飞速发展，同时朝着实用化的方向前进，这集中表现在为远程抄表、配用电自动化、智能家庭以及数字化社区等提供方便的数据传输平台。因此对低压电力线通信的研究，具有十分广阔的前景。在380/220V低压电力线上进行信号传输，与高压电力线载波通信相比，突出表现在信道环境恶劣且时变性大、线路阻抗小、信号衰减大、发送功率受限、噪声干扰严重等特点，设计一个适合如此通信环境的调制解调系统是目前低压电力线通信的关键难题。本课题主要针对PLCC技术在以下环境中的应用：时延要求不是很严格、载波频率不高、传输速率较低、抗干扰要求高。因此引入了时频分析法中的离散短时傅里叶变换（Discrete Short Time Fourier Transform，简称DSTFT）理论来解调FSK信号。时频分析是分析非平稳信号的有力工具。不同于传统的FSK解调方法，该方法把信号从时域影射到二维时频平面，通过分析频率与时间的关系完成FSK信号的解调，有效地滤除带外噪声造成的影响，从而实现了可靠的低压电力线载波通信。本文设计了一套完整的基于DSTFT的调制解调系统，并用MATLAB软件对该系统进行模拟仿真，验证了系统的可行性以及在系统参数的选取上提供了参考依据。本文采用Microchip公司的dsPIC33FJ256GP710实现了FSK调制解调系统的数字处理部分，并设计了相关的外围模拟电路。片上系统的设计主要分为串口收发、FSK数字调制和解调三个部分；外围电路主要由发送功放、耦合电路、谐振滤波和接收信号放大等部分组成。在实际电力线环境下的在线测试中，在时域波形严重衰减和干扰噪声很强的情况下，系统仍然可以通过对频谱的估计解调信号，证明了基于DSTFT的解调系统具有较强的抗干扰能力，可以在恶劣的电力线信道环境下实现可靠的通信。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 低压电力线载波通信的背景
• 1.3 低压电力线载波通信的应用现状和前景
• 1.4 本论文所做的工作
• 1.5 章节安排
• 第2章 相关基础理论
• 2.1 低压电力线信道的传输特性
• 2.1.1 输入阻抗特性
• 2.1.2 衰减特性
• 2.1.3 干扰特性
• 2.1.4 噪声特性
• 2.2 FSK 窄带调制解调技术
• 2.2.1 二进制频移键控（2FSK）
• 2.2.2 2FSK 信号解调的一般方法
• 2.2.3 利用谱估计检测 FSK 信号的方法
• 2.3 时频分析理论
• 2.3.1 信号的时间-频率联合描述
• 2.3.2 时频分析相关的概念
• 2.3.3 短时傅里叶变换（STFT）
• 2.4 仿真与开发平台
• 2.4.1 MATLAB 简介
• 2.4.2 dsPIC 开发平台介绍
• 第3章 基于 DSTFT 的 FSK 解调系统设计及仿真
• 3.1 基于 DSTFT 的 FSK 信号解调方法
• 3.2 基于 DSTFT 的 FSK 信号解调系统的设计
• 3.2.1 信号抽样
• 3.2.2 同步模块设计
• 3.3 系统性能分析
• 3.3.1 窗函数对解调性能的影响
• 3.3.2 同步偏差对解调性能的影响
• 3.4 系统仿真与验证
• 3.5 基于 DFT 迭代算法的解调系统改进
• 第4章 基于 DSTFT 的 FSK 调制解调系统的实现
• 4.1 发送接收系统的总体架构
• 4.2 系统主体部分的 DSPIC 设计与实现
• 4.2.1 dsPIC33FJ256GP710 介绍
• 4.2.2 UART 接收和发送模块
• 4.2.3 2FSK 调制模块
• 4.2.4 2FSK 解调模块
• 4.3 外围电路设计
• 4.3.1 发送端外围电路
• 4.3.2 接收端外围电路
• 第5章 系统测试方案与分析
• 5.1 发送端和接收端各点波形和频谱
• 5.2 近距离传输测试
• 5.3 帧数据传输测试
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历