基于高效调制的电力线通信系统设计与实现

摘要

电力线载波通信(Power Line Communication，PLC)技术是利用现有的电力线网络进行数据传输的通信技术，具有覆盖范围广、无需重新铺设线路等优势。此外，国家大力建设的智能电网也需要PLC技术来支撑。所以，如何在电力线网络上获得可靠、快速、低成本的通信具有重大的理论和实用价值。
　　目前窄带低压电力线通信中，一般所用调制方式有二进制相移键控(BPSK)、频移键控(FSK)以及正交相移键控(QPSK)等。与这些传统的调制方式相比，高效调制技术拥有更窄的带宽。与此同时，解调器中的冲击滤波器不仅可将相位跳变转化幅度冲击，还具有窄带带通特性，因此基于冲击滤波器的高效调制通信系统具有很强的抗噪声与衰落能力。
　　本文主要研究了如何使用高效调制技术实现电力线载波通信，并且在获得可靠通信的基础上，尽可能地降低整个系统的成本。
　　首先，对电力线信道的衰减和噪声特性进行了分析与建模，为后面的分析与仿真提供基础。
　　其次，介绍了扩展的二元相移键控(EBPSK)调制原理、冲击滤波器以及FPGA开发平台。设计了基于FPGA的EBPSK调制器与解调器的结构，并在FPGA中予以实现。在本系统中，主要设计与实现了串口通信、时钟、调制、位同步及帧同步等模块。
　　然后，对PLC系统中的纠错编码技术进行了讨论，选取了几种在短码长下具有优异性能的信道编码进行仿真对比，并推导了基于冲击滤波器的EBPSK软判决译码中的可靠性度量公式。
　　最后，介绍了多元位置相移键控(MPPSK)及改进的MPPSK调制原理，提出了基于改进的MPPSK调制的寻最大值法解调方案，并仿真证明了此方案下的MPPSK通信系统相对于EBPSK通信系统的优越性。并且在EBPSK接收机的基础上，给出并实现了全数字MPPSK解调器，进一步降低了成本，同时将RS编解码添加到本系统中以获得更好的传输性能。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 电力线载波通信

1．2 国内外低压电力线载波通信研究进展

1．3 高效调制技术发展

1．4 论文工作及安排

第2章 低压电力线信道建模

2．1 信道特性建模

2．2 背景噪声建模

2．3 脉冲噪声建模

2．3．1 群外统计特性

2．3．2 群内统计特性

2．4 本章小结

第3章 EBPSK系统设计及实现

3．1 EBPSK调制原理

3．2 冲击滤波器

3．3 系统外围电路

3．3．1 耦合电路

3．3．2 冲击滤波器

3．3．3 深限幅放大电路

3．3．4 冲击滤波及取包络

3．3．5 一位AD电路

3．4 开发平台介绍

3．4．1 FPGA

3．4．2 Quartus Ⅱ

3．4．3 FPGA最小系统

3．5 EBPSK通信系统的FPGA设计与实现

3．5．1 串口通信模块

3．5．2 时钟模块

3．5．3 调制模块

3．5．4 解调模块总体架构

3．5．5 位同步

3．5．6 帧同步

3．5．7 扩频模块

3．6 本章小结

第4章 信道编码和软判决泽码

4．1 信道编码

4．1．1 BCH码

4．1．2 RS码

4．1．3 卷积码

4．1．4 级联码

4．1．5 几种编码的性能对比

4．2 基于冲击滤波器的软解调

4．2．1 EBPSK信号通过冲击滤波器

4．2．2 CHASE软判决算法

4．2．3 基于冲击滤波响应软判决译码

4．2．4 可行性与效果

4．3 本章小结

第5章 MPPSK系统设计及实现

5．1 MPPSK调制

5．1．1 经典MPPSK调制

5．1．2 改进的MPPSK调制

5．2 MPPSK解调

5．2．1 无门限判决

5．2．2 改进的MPPSK与EBPSK的对比

5．3 系统的FPGA设计与实现

5．3．1 系统框图

5．3．2 调制模块

5．3．3 数字冲击滤波器模块

5．3．4 包络检波模块

5．3．5 位同步模块

5．3．6 RS编解码模块

5．4 性能测试

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

作者简介