家庭电力线物理层通信系统的设计与实现

论文摘要

家庭宽带电力线通信系统是采用电力线传输数据的一种通信方式,具有用户多、分布广、无需重新布线等特点,可以作为家庭网络通信的有效手段。但由于电力线信道存在多径效应的衰落特性,且信道噪声丰富,如何在保证通信质量的前提下拓宽带宽、提高数据传输速率成为现在国内外研究的热点。低密度奇偶校验码LDPC是性能最接近香农极限的线性分组码,能够有效的对抗噪声干扰,具有良好的纠错性能。正交频分复用OFDM技术将信道分为若干子信道,高效利用带宽,能够很好克服信道的频率选择性衰落,是当前高速通信的关键技术之一。设计一种通信系统,采用LDPC与OFDM联合的方式,可以在复杂的通信环境中提供高速高质量的数据传输。因此,如何在电力线信道中设计有效的LDPC-OFDM通信系统具有现实意义。ITU协会于2009年推出最新一代家庭组网通信标准Ghn,将电力线等3种家庭通信介质组合在一起,以实现家庭宽带通信。G.hn标准物理层采用LDPC作为信道编码,OFDM作为信道调制技术,理论上支持1Gbps的数据传输速度。本文在研究ITU G.hn标准物理层通信的基础上,设计宽带电力线通信系统,主要包括物理层发送端LDPC编码器与OFDM调制器的实现和接收端LDPC解码器与OFDM解调器的设计。LDPC解码器的设计重点是在高速传输的条件下保证良好的纠错性能。OFDM解调器需要对接受信号做精确的符号同步与信道估计。本文给出宽带电力线信道的仿真,并在此基础上测试LDPC-OFDM系统的通信质量,实际测试表明基于Ghn标准的宽带电力线通信系统能够提供高速率高质量的数据传输。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 有电力线通信标准概述
• 1.3 论文主要工作及其章节安排
• 2 宽带电力线信道特征与仿真
• 2.1 信道特征分析
• 2.1.1 信道输入阻抗特性分析
• 2.1.2 信道衰减特性分析
• 2.2 信道噪声分析
• 2.3 信道建模
• 3 LDPC码的基本理论
• 3.1 LDPC码的表示
• 3.1.1 LDPC码的矩阵表示
• 3.1.2 Tanner图表示
• 3.2 LDPC码的分类
• 3.3 LDPC码编码
• 3.3.1 全下三角形式的编码算法
• 3.3.2 基于近似下三角矩阵的编码算法
• 3.3.3 子矩阵编码算法
• 3.4 LDPC译码
• 3.4.1 BP译码算法
• 3.4.2 LLR BP译码算法
• 3.4.3 最小和译码算法
• 3.4.4 AWGN信道消息初始化
• 4 OFDM基本原理
• 4.1 OFDM系统的DFT实现
• 4.2 保护间隔与循环前缀
• 4.3 加窗技术
• 5 LDPC编码器与解码器的设计
• 5.1 Ghn标准PMA子层介绍
• 5.2 编码器
• 5.2.1 扰码器
• 5.2.2 FEC编码器
• 5.2.3 副本生成器与OFDM符号生成器
• 5.3 解码器
• 5.3.1 LLR消息初始化
• 5.3.2 G-Shuffled BP算法
• 6 OFDM调制器与解调器的设计
• 6.1 G.hn标准PMD子层介绍
• 6.2 调制器
• 6.2.1 音调映射
• 6.2.2 QAM星座映射
• 6.2.3 OFDM调制器
• 6.2.4 前导序列preamble生成器
• 6.3 解调器
• 6.3.1 符号定时同步器
• 6.3.2 信道估计器
• 7 系统测试及误码率
• 7.1 电力线信道仿真
• 7.2 LDPC译码器误码率测试
• 7.3 OFDM解调器测试
• 7.3.1 OFDM符号定时
• 7.3.2 OFDM信道估计
• 结论
• 参考文献
• 致谢