电力线载波与无线融合多信道传输技术研究

发布时间：2020-06-08 16:25

【摘要】：智能电网具有应用场景复杂、业务需求多样、传输可靠性要求高等特点,电力线载波通信(Power Line Communication,PLC)与无线通信单独采用任何一种通信方式都不能完全满足智能电网的通信需求。PLC与无线技术融合的异构多信道可以实现二者的优势互补,消除通信盲点,扩大通信覆盖范围,满足智能电网对高性能、高可靠通信的迫切需求,是智能电网通信技术的发展方向。因此,如何实现将电力线与无线进行融合、如何建立电力线信道与无线信道的多信道模型、以及如何提升异构多信道的分集增益是本课题的研究意义所在。论文以PLC与无线融合为导向,针对室外低压用电信息采集本地通信系统的应用场景,通过应用多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)的分集合并技术、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术、中继技术等提出了两种PLC与无线的融合方式。本文的研究内容与创新总结如下:1、调研相关文献,分别针对电力线信道特性、电力线信道噪声,无线信道特性、无线信道噪声进行归纳总结,重点研究了电力线的脉冲噪声并进行了建模仿真,研究了室外无线环境下的高斯混合噪声模型并进行了建模仿真。2、建立了电力线与无线并行传输模型(Hybrid Powerline Wireless Model,HPWM),通过应用OFDM调制方式,在PLC与无线两个链路上同时发送相同的OFDM符号,在接收端进行分集接收。针对PLC与无线信道噪声的非对称性,研究对比了不同的分集合并方式。根据是否可以预知电力线噪声参数,将分集合并方式分成噪声参数可预知的PLC与无线合并技术及噪声参数不可预知PLC与无线合并技术。噪声参数可预知的PLC与无线合并技术将电力线信道噪声建立为米尔顿A类(Middleton class-A)噪声,将无线信道噪声建立为高斯噪声,分析了在确定信道下最佳合并(optinmum combining,OC)、饱和度量合并(saturated metric combining,SMC)、最大比合并(maximal ratio Combining,MRC)三种分集合并方式在BPSK调制下的对数似然比(log-likehood ration,LLR)与误码率,通过仿真建模,对比分析了三者的性能差异。针对噪声参数不可预知分集合并方式,将P LC信道噪声建立为高斯循环平稳噪声模型,将无线噪声建模为混合高斯(Gaussian mixture,GM)模型,分析了平均信噪比合并(Average SNR Combining,ASC)、瞬时信噪比合并(Instantaneous SNR Combining,ISC)、功率谱密度合并(PSD Combining,PSDC)三种分集合并方式的LLR,推导了PSDC合并方式的误码率,通过仿真对比了ASC、ISC、PSDC三者的误码率。仿真表明PSDC的性能要远远优于ASC,虽然与理想的ISC仍有一定差距,但是PSDC技术实现了性能与复杂度两者之间的折衷。3、提出了电力线载波与无线混合多信道中继模型(Hybrid Multiple Relay Model,HMRM),针对此中继模型提出了基于自适应中继选择的电力线载波与无线多信道协作通信方式。电力线与无线双模节点通过无线方式根据自适应中继算法选择中继节点与中继模式,中继节点间形成的多路PLC信道实现虚拟MIMO的协作通信。将PLC的衰减模型建立为多径损耗模型、将PLC的脉冲噪声建立为米尔顿A类(Middleton Class-A,MCA)脉冲噪声模型、将无线信道的噪声建立为高斯白噪声。在此基础之上分析了系统在不同自适应中继选择参数的中断概率、误码率。仿真结果表明,基于自适应中继选择的电力线载波与无线多信道协作通信方式可以有效地提高系统的可靠性,并且适用于长距离传输。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN913.6;TN92

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