【摘要】：電力線通信(PLC)作為一種新型的寬帶通信方式,通常由終端、耦合器、中繼器和電力線網(wǎng)絡(luò)等幾部分組成。電力線通信具有使用方便、建設(shè)成本低、覆蓋范圍廣、通信速率高等優(yōu)點(diǎn),可以為光纖和x DSL等尚未覆蓋的環(huán)境中提供接入網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù),也可以家庭和大樓為單位組建局域網(wǎng),還可為特定單位和公司提供專用網(wǎng)。因此,電力線通信具有廣泛的應(yīng)用前景,近年來成為研究的熱點(diǎn)。低壓電力線網(wǎng)絡(luò)與其它有線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性不同,電力線網(wǎng)絡(luò)原本是用來作為能量傳輸?shù)耐ǖ?而沒有考慮通信的特定要求,因而需要對其通信傳輸特性進(jìn)行專門的研究。本論文首先從研究室內(nèi)低壓電力線信道的傳輸特性入手,分析了低壓電力線網(wǎng)絡(luò)在頻域的傳輸特性;然后測量和分析了幾種常用電器以及室內(nèi)低壓電力線網(wǎng)絡(luò)中的噪聲特性,并對這些噪聲進(jìn)行了建模;接著利用小波變換在時域和頻域都能定位的優(yōu)勢,提出了一種小波多載波電力線通信系統(tǒng),用小波濾波技術(shù)來降低電力線信道中的噪聲。具體的研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下:1.采用自底向上的建模方法,利用傳輸線原理和鏈形散射矩陣?yán)碚?對電力線信道的傳輸特性進(jìn)行了研究。推導(dǎo)出室內(nèi)低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù),找出了其傳輸特性。對總線型、樹型、星型和環(huán)型等不同室內(nèi)低壓電力線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳輸特性進(jìn)行了仿真和測量分析,并研究了支路結(jié)構(gòu)、長度、規(guī)格和負(fù)載等因素對傳輸特性的影響。得出了不同拓?fù)洹⒅�、線型以及負(fù)載等因素對傳輸特性的影響。2.將常見家用電器產(chǎn)生的噪聲和電力線信道中的噪聲分為背景噪聲和脈沖噪聲兩大類,并利用自回歸理論和改進(jìn)馬爾科夫鏈分別對背景噪聲和脈沖噪聲進(jìn)行建模分析。在背景噪聲分析中,利用自回歸模型并采用漢明窗和布萊克曼窗截斷得出的功率譜估計與實(shí)測值的相對誤差分別為2.68%和2.25%。對脈沖噪聲的分析采用改進(jìn)馬爾科夫鏈模型,并利用漢明窗和布萊克曼窗截斷得到的功率譜估計與實(shí)測值的相對誤差分別2.12%和2.09%。兩種模型值與實(shí)測值均較吻合。3.研究了利用小波變換對電力線信道中的噪聲進(jìn)行了消除的方法。設(shè)計了一種在小波域中利用本地方差分析并通過可靠的噪聲檢測器來消除高斯噪聲和脈沖噪聲的時頻濾波器系統(tǒng),該濾波只處理帶有噪聲的信號,根據(jù)帶有噪聲信號的方差特性自適應(yīng)地進(jìn)行去噪處理,降低了噪聲水平,提高了信噪比。4.提出了一個低復(fù)雜度、高靈活性的多載波擴(kuò)頻系統(tǒng)�？疾炝嗽撓到y(tǒng)在時變行為和多種噪聲源的多徑頻率選擇性衰落室內(nèi)低壓電力線信道上帶有載波頻率誤差的性能。該系統(tǒng)的信道間距可變,并在接收端采取相干檢測,能有效地抵抗多徑衰落。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法不僅消除了脈沖噪聲和高斯噪聲,而且還改善了誤比特率,能夠?yàn)殡娏�通信提供更高質(zhì)量的服務(wù)。5.針對室內(nèi)低壓電力線信道的特性提出了一種基于正交小波的多載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用不同的正交小波基在不同子帶上調(diào)制信號,從而實(shí)現(xiàn)電力線多載波調(diào)制。該調(diào)制方式既能克服OFDM系統(tǒng)中對頻偏敏感和峰均比高的缺點(diǎn),又能去除接收信號中的噪聲和實(shí)現(xiàn)多載波多用戶多規(guī)格通信的功能。
【圖文】：

圖 1-1 電力線信道的衰減特性向上建模法從實(shí)際的電力線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑霭l(fā)，從測量每根電力線的各個電力線網(wǎng)絡(luò)簡化分類，利用多個簡單網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性的綜合，最終輸特性。這種方法的精度較高，但是，隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增大或變復(fù)雜，量逐漸增大，因此只適合于簡單的電力線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)建模。由于不方便電力線網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，所以該方法不太適用對于已經(jīng)建設(shè)好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行向下建模法一般是將電力線信道看成多路徑模型，然后利用測量得到道的傳輸特性，再通過曲線擬合得到需要的模型參數(shù)。由于電力線信差異性和時變性，再加之各種參數(shù)的擬合算法不同，使得不同研究者型不盡相同。該建模方法適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定的電力線模法的傳輸函數(shù)如式（1-1）所示。

圖 1-2 OFDM 與傳統(tǒng)調(diào)制方式的頻帶利用示意圖要原理如圖1-3所示。在發(fā)送端將高速的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為N個低速的采用不同的方式（PSK、QAM 等）進(jìn)行調(diào)制，，之后進(jìn)行快速傅立葉反變ast Fourier Transform ）變換，并插入保護(hù)間隔來提高碼間干擾和載波 D/A 轉(zhuǎn)換，發(fā)送到電力線信道中傳輸；在接收端，首先進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)信號，再去掉保護(hù)間隔，提取出純數(shù)據(jù)信息，并轉(zhuǎn)換為并行信號進(jìn)行個子信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡和解調(diào)，將并行數(shù)據(jù)串接成高速的串行數(shù)據(jù)。該調(diào)制技術(shù)被 HPA、IEEE、ITU 等多個電力線通信聯(lián)盟和組織采用的調(diào)制解調(diào)方式。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN913.6

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