基于G3标准的PLC物理层模型研究与性能分析

摘要

电力线载波通信(Power Line Communication，PLC)是以现有的电力线网络作为通信媒介来实现信息传输的技术。与其它通信技术相比，PLC具有网络覆盖范围广泛、安装维护成本低、便于监控和管理等优点。近年来，在智能电网、智能家居、智慧能源等领域中电力线载波通信技术将发挥着不可替代的作用。但是电力线信道环境具有复杂性、多变性及强噪声干扰性，这将对PLC系统的通信质量造成严重影响。因此，研究一种可靠的PLC技术具有重要的现实意义和实用价值。
　　在电力线载波通信技术的发展过程中，已经形成了适用于不同环境的通信标准。其中，G3-PLC标准是一种定义了物理层和MAC层的窄带电力线载波通信规范，并且该标准中信号完整的帧结构为实现可靠的电力线载波通信提供了有效的保障。本文将基于G3-PLC标准对电力线载波通信的关键技术进行研究。具体内容如下:
　　1.对电力线信道特性进行理论研究并建立可靠的信道模型，根据实际测量的国内低压电力线信道噪声，对电力线噪声的时域和频域特性进行重点分析，为PLC系统提供可靠的选频依据。
　　2.结合电力线的信道特性对G3-PLC标准中OFDM技术、物理层模型、信号的帧结构、基本技术指标和差错控制编码技术等进行理论研究，分析验证G3-PLC标准在国内低压电力线网络中的抗噪声干扰能力。
　　3.基于G3-PLC标准提出分段重构编码技术，针对国内低压电网恶劣的信道环境分别对分段重构编码技术在时域、频域和时频二维空间中进行了理论研究，为提高G3-PLC系统的抗扰性能提供了一种有效、可靠的解决方案。
　　4.设计并搭建各算法的实验仿真平台，并通过Matlab与LabVIEW的混合编程实现仿真系统的监测与控制。
　　最后通过大量的实验证明了原G3-PLC系统和本论文提出的各分段重构编码技术的抗扰能力。结果显示:原G3-PLC系统在信道环境较好时可以实现可靠通信，但是在恶劣的信道环境中通信质量较差。在实测的电力线噪声信道中，本文设计的时域分段重构编码、频域分段重构编码和时频联合分段重构编码在误码率为10-4时，相较原G3-PLC系统分别获得2dB、4dB、9dB的系统增益。

目录

摘要

1 绪论

1．1 电力线载波通信概述

1．1．1 电力线载波通信技术的原理

1．1．2 电力线载波通信技术的特点

1．1．3 电力线载波通信技术的应用

1．2 国内外电力线载波通信技术的发展与现状

1．2．1 国外发展

1．2．2 国内发展

1．3 课题研究背景及意义

1．4 研究内容分析

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究重点

1．5 论文结构安排

2 电力线信道特性与建模

2．1 电力线信道传输特性研究

2．1．1 电力线信道的阻抗特性

2．1．2 电力线信道的多径特性

2．1．3 电力线信道的衰减特性

2．2 电力线信道噪声研究

2．2．1 电力线噪声分类

2．2．2 电力线噪声特性

2．3 电力线信道数学建模与分析

2．4 电力线信道噪声测量与分析

2．5 本章小结

3 OFDM调制技术与G3-PLC标准

3．1 OFDM技术研究

3．1．1 OFDM技术的基本原理

3．1．2 OFDM的抗扰性分析

3．2 G3-PLC标准研究

3．2．2 G3-PLC标准的物理层模型

3．2．3 G3-PLC标准的数据帧结构

3．2．4 G3-PLC标准的基本技术指标

3．3 本章小结

4 G3-PLC系统抗扰编码算法研究

4．1 CRC码

4．2 扰码

4．3 RS码

4．4 卷积码

4．4．1 卷积编码算法

4．4．2 维特比译码算法

4．5 交织码

4．5．1 确定型交织器

4．5．2 随机型交织器

4．5．3 时频二维交织算法

4．6 本章小结

5 G3-PLC系统抗扰性能优化算法研究

5．1 时域分段重构算法

5．1．1 时域分段重构编码算法

5．1．2 时域分段重构译码算法

5．2 频域分段重构算法

5．2．1 频域分段重构编码算法

5．2．2 频域分段重构译码算法

5．3 时频联合分段重构算法

5．3．1 时频联合分段重构编码算法

5．3．2 时频联合分段重构译码算法

5．4 本章小结

6 基于G3标准的PLC系统抗扰性实验仿真分析

6．1 仿真环境设置及分析

6．2 G3-PLC抗扰编码算法性能仿真和分析

6．3 G3-PLC系统抗扰优化算法性能仿真和对比分析

6．3．1 时域分段重构编码算法性能仿真与分析

6．3．2 频域分段重构编码算法性能仿真与分析

6．3．3 时频联合分段重构编码算法性能仿真与分析

6．5 LabVIEW与MATLAB的混合编程

6．4 本章小结

7．1 结论

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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