基于混沌跳频的宽带电力线载波通信技术研究

论文摘要

宽带电力线载波通信有着广阔的应用前景。但是,低压配电网上的噪声、衰减特性使通信距离变短和可靠性变差。针对此问题,本文提出把混沌跳频理论应用于宽带电力线载波通信的编码系统上,通过构建随机交织器来提高系统的抗干扰能力,克服制约电力线通信应用的可靠性问题。首先,本文对现阶段宽带电力线载波通信和混沌跳频技术的研究现状分别进行了论述。分析了正交频分复用(OFDM)、混沌跳频的原理及特点,并在此基础上提出了一种基于混沌跳频的宽带电力线通信编码系统,该方法所构造的编码系统是一种新型的电力线通信编码系统。其次,本文分析了低压电力线信道的信道特性,建立了低压电力线信道模型,在此模型的基础上,构建了宽带电力线载波通信系统模型,并利用MATLAB软件验证混沌跳频序列码的相关性能,分析混沌跳频技术提高宽带电力线通信系统可靠性能的可行性,对比验证算法的误码率性能。本部分仿真为算法选择及硬件电路参数设计提供了理论依据。再其次,本文详细阐述了宽带电力线载波通信系统的硬件与软件实现过程。硬件电路包括了接口电路的设计、数模变换电路的设计、信号调理电路的设计以及耦合电路的设计等;软件部分包含了DSP的控制算法、FPGA的信号处理等。最后,本文以实验室的电力线网络为实际通信信道,对通信系统中的相关波形进行采集和分析,并对通信系统进行了实际的通信测试,针对不同的通信距离给出误码率测试结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 宽带电力线载波通信的发展现状
• 1.2.1 宽带电力线通信的国外发展现状
• 1.2.2 宽带电力线通信的国内发展现状
• 1.3 混沌跳频通信技术研究现状
• 1.4 课题来源及研究的主要内容
• 第2章 基于混沌跳频的宽带电力线载波通信模型
• 2.1 电力线信道特性分析
• 2.1.1 电力线输入阻抗特性分析
• 2.1.2 电力线频率衰减特性分析
• 2.1.3 电力线多径效应分析
• 2.1.4 电力线噪声特性分析
• 2.2 OFDM系统概述
• 2.2.1 OFDM的基本原理
• 2.2.2 OFDM的关键技术
• 2.3 混沌跳频的关键技术
• 2.3.1 混沌跳频序列码设计
• 2.3.2 跳频序列性能分析
• 2.4 基于混沌跳频的宽带电力线通信模型
• 2.4.1 电力线信道模型
• 2.4.2 电力线阻抗匹配模型
• 2.4.3 混沌跳频与OFDM的结合模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于混沌跳频的宽带电力线通信系统仿真
• 3.1 通信仿真模型整体设计及功能概述
• 3.2 电力线信道参数选择及分析
• 3.3 基于混沌跳频的编码系统仿真及分析
• 3.4 同步仿真及分析
• 3.4.1 帧同步仿真及分析
• 3.4.2 位同步与频率同步仿真及分析
• 3.5 信道估计及分析
• 3.6 通信模型误码率仿真及分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于DSP 和FPGA 的电力线通信系统实现
• 4.1 电力线载波通信硬件模块设计
• 4.1.1 载波通信模块的硬件电路总体设计
• 4.1.2 载波通信模块的模数变换电路设计
• 4.1.3 载波通信模块的调理电路设计
• 4.1.4 载波通信模块的耦合电路设计
• 4.2 电力线载波通信软件模块设计
• 4.2.1 载波通信模块的软件总体设计
• 4.2.2 载波通信发送模块的软件设计
• 4.2.3 载波通信接收模块的软件设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统测试与性能分析
• 5.1 通信模块硬件平台
• 5.2 通信模块测试及分析
• 5.2.1 发送模块的测试
• 5.2.2 接收模块的测试
• 5.2.3 模块的误码率测试
• 5.3 本文可继续探讨的问题
• 5.3.1 自适应位加载技术
• 5.3.2 降低峰均比技术
• 5.4 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