基于OFDM技术电力线通信系统的编码方案的研究

摘要

低压电力线通信(PLC)具有网络分布广、无需重新布线和维护方便等优点。近年来，低压电力线通信被看成是解决信息高速公路“最后一英里”问题的一种方案，在国内外掀起了一个新的研究热潮。但是在电力线上传送数据需要解决许多技术难点。自从在电力载波通信中引入了OFDM(正交频分复用)技术，OFDM在电力线通信中的地位得到了认可。OFDM的子信道频谱正交重叠，其频谱利用率很高，适合高速数据传输。OFDM采用添加循环前缀的技术，能有效地降低ICI(信道间干扰)和ISI(码间干扰)。 电力线信道中不仅存在多径干扰和子信道衰落，而且还存在开关噪声和窄带噪声。因此在电力线通信系统中，信道编码是不可或缺的重要组成部分。 在前期研究人员工作的基础上，本论文主要完成了基于Furbo码技术的电力线通信系统信道编译码模块的设计和实现。本文的先后讨论研究了低压电力线通信信道的多径效应、噪声特性、信道衰落等基本特点，并推导出了电力线通信的信道传输模型；从整个系统的角度，研究了COFDM模型及信道编码模块结构；在对Turbo码编码和译码算法进行详细分析的基础上，对交织器的设计及译码算法的确定进行了软件仿真，并在此基础上确定了译码效果较好且适合于硬件实现的方案；按照设计方案在FPGA上进行了实现，并着重介绍了实现中涉及的关键问题、简化措施和软硬件仿真性能的比较分析。通过验证，本文设计实现的Turbo码信道编码方案在电力线通信系统中具有良好的性能。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及关于学位论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1选题背景及意义

1.2基于OFDM技术的电力线通信系统

1.3信道编码技术概述

1.4论文研究的主要内容

第二章低压电力线通信系统

2.1电力线通信发展现状

2.2 OFDM技术的基本原理

2.2.1多载波与频谱重叠

2.2.2保护间隔和循环前缀

2.2.3共轭扩展和虚载波

2.3 OFDM技术的实现方法

2.3.1直接产生OFDM信号的方法

2.3.2利用IDFT/DFT实现OFDM调制解调

2.4电力线通信技术的发展方向和前景

2.5低压电力线通信系统设计

2.5.1系统构成

2.5.2参数选择

第三章PLC系统信道编码和信道特性的研究

3.1信道编码理论及技术的发展历史和现状

3.2信道编码的基本原理

3.2.1信道编码的基本过程

3.2.2信道容量和噪声信道编码定理

3.2.3信道编码的分类

3.3低压电力线信道特性测试及分析

3.3.1电力线信道对数据传输的限制

3.3.2低压电力线信道的噪声分析

3.3.3多径效应和信道衰落

3.4低压电力线信道的传输模型

3.5 COFDM模型及Turbo码方案的选取

第四章基于Turbo码技术的信道编码模块设计

4.1 Turbo码概述

4.1.1产生背景

4.1.2国内外研究概况和发展趋势

4.2性能特点分析

4.3 Turbo码算法原理

4.4 Turbo编码模块设计

4.4.1归零问题的处理

4.4.2删余矩阵的选择

4.4.3分量码的选择

4.5 Turbo译码算法的设计

4.5.1 MAP算法

4.5.2用于迭代的MAP算法

4.5.3 Max-Log-MAP算法

4.5.4 Log-MAP算法

4.5.5 SOVA算法

4.5.6各种算法的性能比较

4.6交织器的设计

4.6.1设计准则

4.6.2块交织器

4.6.3随机交织器与S交织器

4.6.4均匀交织器

4.6.5周期交织器

4.6.6交织器设计性能分析

第五章Turbo编译码模块FPGA实现的关键问题

5.1 可编程逻辑器件及其开发流程

5.2 Verilog和VHDL语言

5.3 开发工具

5.4 Turbo码编译码模块硬件实现方案

5.5 Turbo编码器的实现的关键问题

5.6 Turbo译码器实现的关键问题

5.6.1接收码字的量化及其运算

5.6.2 Max-Log-MAP算法模块的实现

5.7 硬件实现的验证

5.7.1仿真工具和流程

5.7.2仿真结果分析

第六章结束语

致谢

参考文献

作者简介