基于低压配电网的OFDM调制技术及其应用研究

【摘要】： 低压电力线载波通信(PLC)是通信技术发展的一个比较新的研究方向,其技术研究和应用成为目前国内外研究的热点问题之一,有着深远的理论意义和广泛的实用价值。但由于低压电力线网络信道特征具有时变性且很复杂,对传输信号具有较高的频率选择性衰减特征,使低压电力线上的数据传输速率受限,误码率高。为了充分发挥低压电力线通信的潜力,有必要研究一种频谱效率高、抗噪声及信号衰减能力强的传输技术,在对比各种现有的传输调制技术的优缺点后,采用正交频分复用(OFDM)技术来实现低压电力网络的高速数据传输是一种比较理想的方案。本文对OFDM技术所涉及到的噪声模型、传输模型、信道容量等关键技术问题展开研究,主要工作包括： 1、在实验测量的基础上,对低压电力线通信中必须面对的阻抗特性、噪声特性和衰减特性进行了研究,计算分析了信道阻抗、信号的衰减与频率的关系及各种噪声的时域特性、频域特性。 2、根据PLC传输网络特征建立了信道传输模型,实验仿真结果表明所建传输模型与实际信道特征接近；在对信号输入功率优化的基础上,研究了室内外低压电力网络支路的数量、支路负载以及支路的长度等因素对信道容量的影响。 3、提出了一种基于直接决策估计的OFDM PLC信道的自适应估计和均衡方法,该方法通过接收到的子载波符号表征一个竞争的神经元网络,通过神经元自适应估计信道的权值变化,进而根据信道的权值进行信道估计,利用消除星座对称补偿非线性的影响实现信道均衡。 4、通过优化相关系数进行最大似然函数估计,提出了一种基于数据辅助循环序列的时域相关和能量检测算法,仿真结果表明该算法实现了OFDM调制中的频偏估计、时间同步问题。 5、研究了一种降低信号峰均比(PAPR)的算法,该算法利用伪随机序列较低的非周期自相关性,对发送序列在时域进行扰动,然后在频域对序列进行相邻分割,分割后的分组信号进行相位扰动,对经过扰动的频域序列进行IDFT变换,得到多个时域信号,选择最小的PAPR时域信号作为传输信号,结果表明其互补累积分布函数(CCDF)曲线下降更快,具有显著地降低OFDM信号的PAPR。 6、设计了数据帧格式、中继转发应用层协议,实现了网络7级中继功能；路由算法通过建立节点的传输矩阵标记了网络中的通信节点,然后根据集中器采集数据的方式分为单点数据采集和多点数据采集来建立节点路由表,算法实现了抄表网络的自动路由。 论文对OFDM调制技术实现中所遇到的若干关键问题进行了系统的研究,理论分析和实验结果表明本文所得结果具有一定的创新性。