基于G.hn的家庭网络物理层关键技术研究

论文摘要

传统的家庭网络解决方案相互独立，各自采用不同的通信技术标准，从而出现家庭网络中各种标准应用过程中的相互干扰、兼容性差等问题。ITU-T提出制定一个统一的有线家庭网络通用收发器标准，采用统一MAC层和不同的PHY层，以适应于室内电力线、双绞线和同轴电缆等传输介质实现高速传输。基于室内电力线具有覆盖范围广，无需重新布线等优点，本文选取室内电力线作为信道模型，但由于室内电力线信道的传输环境极为恶劣，存在严重的频率选择性衰减和多径效应，以及受到各种噪声的干扰，导致电力线信道的传输特性极差，因此如何使得室内电力线实现高速可靠的信息传输成为国内外研究的热点。本论文首先根据国际电联提出的G.hn标准协议中给出的电力线通信参数，分析电力线信道的噪声干扰和信道衰减特性后，建立了一种与实际电力线信道近似的多径、频率选择性衰落信道模型，并对多径参数为4径和15径的信道模型进行了仿真分析。然后在纠错编码方面采用了更趋近香农限的LDPC码，并对应用于电力线信道的LDPC快速编码算法进行了研究及仿真分析，基于近似下三角校验矩阵的Efficient编码算法在实现快速编码的同时编码时间最短和占用存储空间最少，且易于电路实现；在LDPC译码算法方面，对数域BP译码算法仿真表明，码率越低码字越长，译码性能越好，同时在对置信传播（Believe Propagation）算法、最小和算法（Min-sum）进行对比研究的基础上，将最小和算法做了改进，通过仿真分析得知道优化后的最小和算法在译码复杂度和译码性能方面取得较好折中。接下来对OFDM调制解调技术中的同步技术和信道估计分别进行了研究，改进后的T.Schmidl&D.Cox算法使得在同步技术方面取得了精确的帧同步和极小的频偏，同时基于直接判决的信道估计算法得到了很好的信道频率响应估计。最后，选取多径参数为4径和15径的两种信道模型，对不同信噪比和调制阶数的组合进行了物理层系统仿真。在100M电力线带宽条件下，SNR大小为15dB，4径和15径两种信道模型采用16QAM调制和1/2码率，均可以实现200M的有效数据传输速率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 论文主要工作及章节安排
• 第二章 家庭网络信道特性分析及信道建模
• 2.1 通信系统的基本模型
• 2.2 通信系统中的信道模型
• 2.3 家庭网络中低压电力线通信信道特性
• 2.3.1 信道噪声分析
• 2.3.2 信道衰减特性
• 2.4 家庭网络中低压电力线通信信道建模
• 2.5 本章小结
• 第三章 家庭网络信道编译码技术研究
• 3.1 信道编码概述
• 3.2 LDPC 码在低压电力线通信中的研究
• 3.2.1 LDPC 码的定义及图模表示
• 3.2.2 应用于低压电力线 LDPC 编码
• 3.3 LDPC 编码算法及仿真分析
• 3.3.1 传统的编码算法
• 3.3.2 目前的编码算法
• 3.3.3 三种编码算法的性能仿真分析
• 3.4 LDPC 译码算法及仿真分析
• 3.4.1 概率域 BP 译码算法
• 3.4.2 对数域 BP 译码算法
• 3.4.3 最小和译码算法
• 3.4.4 改进后的最小和译码算法
• 3.4.5 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 家庭网络中的 OFDM 关键技术研究
• 4.1 OFDM 技术概述
• 4.2 OFDM 系统中的同步和信道估计研究
• 4.2.1 同步技术
• 4.2.2 信道估计
• 4.3 本章小结
• 第五章 物理层系统仿真与结果分析
• 5.2 物理层系统仿真
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 4 径模型仿真结果分析
• 5.3.2 15 径模型仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献