PLC中基于MIMO的预编码技术研究与中继系统性能分析

摘要

近年来，随着智能电网、物联网等技术的发展，电力线通信(Power line communication，PLC)已逐渐应用于人们生产、生活的多个领域。与无线通信网络、传统的以太网等网络技术相比，电力线通信具备无需重复布线、分布范围广等特点，因此电力线通信网络是一种具有较强竞争力的通信网络。然而，传统的电力线通信系统中存在传输速率较低、信息传输不可靠、受到外界干扰大以及中断概率高等问题。提高通信容量、增强通信的可靠性成为电力线通信领域中需要迫切解决的问题。针对以上问题展开研究工作，所取得的主要研究成果如下:
　　(1)针对传统电力线通信系统容量低的问题，提出使用电力系统的多条供电线路同时发送信号，引入了基于多输入多输出(Multiple input multiple output，MIMO)方式的电力线通信信道模型。分析了传统电力线通信系统的容量和基于MIMO的电力线通信系统的容量。分别对电力线通信系统、基于MIMO的PLC通信系统进行了仿真。仿真结果表明基于MIMO的电力线通信系统容量约为传统电力线通信系统容量的2倍。
　　(2)针对多输入多输出的电力线通信系统中用户间干扰较大的问题，引入了容量最大化的预编码方案来减少用户间干扰。在电力线通信系统中实现了传统预编码方法，如SVD、MMSE、BD等预编码算法。对上述预编码算法进行了仿真。仿真结果表明，与传统的预编码算法相比，在基于MIMO的PLC系统中容量最大化的预编码方法有更好的性能。
　　(3)针对电力线通信系统中中断概率高的问题，提出在电力线通信系统中采用基于放大转发的双向中继来减小中断概率的方法。分析了引入中继后，PLC通信系统中接收信噪比的概率分布。利用接收信噪比的概率分布，推导了具有中继的PLC系统的平均误码率、中断概率以及信道容量。仿真结果表明，引入中继后，PLC系统容量有显著的提高，而中断概率及符号错误率大幅度减小。
　　因此，本文为PLC系统所引入的MIMO技术与本文提出的PLC中继技术能够提高系统的通信效率，降低中断概率，达到了预期的效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 PLC信道模型

1．2．2 MIMO-PLC预编码方案

1．2．3 PLC网络中的中继技术

1．3 本文所作的工作及章节安排

2 基于MIMO的PLC信道的建模与容量分析

2．1 PLC信道建模分析

2．1．1 PLC网络结构

2．1．2 多径衰落

2．1．3 传输衰减

2．1．4 PLC信道的建模

2．2 MIMO-PLC信道的建模

2．3 MIMO-PLC信道的容量分析

2．3．1 SISO-PLC信道容量

2．3．2 MIMO-PLC信道容量

2．4 数据仿真及结果分析

2．4．1 仿真参数的选择

2．4．2 PLC信道模型仿真

2．4．3 信道容量仿真

2．5 本章小结

3 基于MIMO-PLC预编码算法研究

3．1 MIMO-PLC经典预编码算法研究

3．1．1 ZF预编码算法

3．1．2 MMSE最小均方误差算法

3．1．3 BD块对角化预编码算法

3．1．4 Max-SLNR最大化信号泄露噪声比预编码算法

3．1．5 SVD奇异值分解预编码算法

3．2 基于容量最大化MIMO-PLC预编码设计

3．3 仿真结果与分析

3．3．1 系统参数的设计与选择

3．3．2 仿真与结果分析

3．4 本章小结

4 PLC中继系统的性能分析

4．1 双向中继系统模型

4．2 中继系统的性能分析

4．2．1 信道增益的PDF和CDF

4．2．2 中断概率分析

4．2．3 符号错误率分析

4．2．4 平均信道容量分析

4．3 数值仿真与结果分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表、录用与投稿论文列表