基于FMT技术实现电力线载波通信关键技术研究与实现

摘要

电力线载波通信技术采用电力线传送数据和话音信号，由于其实现成本低、数据传输速率高、覆盖范围广而具有广阔的发展空间。为实现高速通信和可靠传输，多载波技术得到了广泛的应用。本文研究了一种多载波技术-一滤波多音(FMT，filtered multitone)调制及其在电力线载波通信中的应用。 滤波多音调制是基于滤波器组的多载波技术，它通过滤波器组调制技术将信道划分为若干个频带有限而互不重叠的子信道，用多个子载波在这些子信道上并行传输信息符号。FMT技术的主要特点是各子信道具有很高的频谱约束性，对系统频率偏差不敏感，相比于正交频分复用(OFDM，orthogonal frequency division multiplexing)，它可以有效地抗频偏干扰，同时对同步的要求可以放宽。但由于采用了不满足理想重构条件的有限冲激响应(FIR，finite impulse response)滤波器作为子信道滤波，FMT系统引入了码间干扰(ISI，inter-symbol interference)，因此需要引入均衡技术，以消除滤波器组引入的ISI的影响。 本文系统阐述了FMT技术的基本概念。从多采样率数字信号处理和滤波器组技术的角度介绍了FMT技术的系统原理模型，证明了FMT系统可以通过IDFT/DFT加多相分量滤波网络的结构来实现，在此基础上分析了FMT技术的有效实现形式。 相比较于其他多载波调制技术，在FMT系统设计中，滤波器组和均衡器的设计是关键。本文对FMT系统滤波器组的设计进行了研究。原型滤波器的性能是影响系统性能的关键参数，根据FMT的特点，本文提出系统中滤波器组设计的几项性能指标，给出满足这些指标的滤波器设计方法。从理论上分析了几种滤波器设计的方法，并通过仿真比较其性能。 FMT系统是通过采用频带严格受限的滤波器组来实现的，因此不可避免地引入了ISI，均衡技术可以有效地克服滤波器组引入的ISI的影响。本文根据FMT系统的特点提出不同的均衡方案，并通过仿真实验比较它们的性能。 本文侧重于理论方面的研究，在实现方面，分析了FMT系统中滤波器组的有效实现方法，并在FPGA环境下设计了符合FMT系统要求的FIR滤波器。 本文在研究FMT技术的基础上将其应用到电力线载波通信中，讨论了电力线信道的特性并模拟电力线信道进行了性能仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.2滤波多音调制

1.3论文研究的主要内容

第2章滤波多音调制的基本原理

2.1FMT系统的基本模型

2.2FMT系统的有效实现

2.2.1多相分量滤波器组

2.2.2FMT系统的有效实现形式

2.3理想重构

2.4本章小结

第3章FMT系统中滤波器组的设计

3.1FMT中原型滤波器的设计的重要参数

3.2原型滤波器的设计

3.2.1窗函数法

3.2.2切比雪夫逼近法

3.2.3最小均方误差法

3.2.4性能仿真

3.3滤波器组的设计实现

3.3.1分布式算法原理

3.3.2滤波器组的实现设计

3.4本章小结

第4章FMT系统中的均衡技术

4.1FMT系统的ISI及子信道模型

4.2最大似然序列检测

4.3线性均衡

4.4MMSE-DFE

4.4.1判决反馈均衡(DFE)

4.4.2MMSE-DFE在FMT系统中的实现

4.5FMT系统中的有效均衡(接收端)

4.5.1传输信道均衡

4.5.2滤波器组的均衡

4.5.3MMSE-DFE的均衡性能仿真

4.6发送端的均衡——预编码

4.6.1预编码原理

4.6.2Tomlinson-Harashima Precoding(THP)

4.6.3基于DFE结构的THP方法

4.6.4基于DFE的THP在FMT系统内的实现

4.7FMT系统均衡仿真结果

4.8本章小结

第5章FMT技术在电力线载波通信中的应用

5.1低压电力线上的数据传输特性

5.1.1低压电力线信道特性

5.1.2电力线信道噪声

5.1.3电力线信道传输模型

5.1.4电力线信道的噪声模型

5.2FMT在频偏环境下的容量分析

5.3FMT技术在电力线载波通信中的仿真

5.4本章小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢