正交小波变换OFDM在G3-PLC中的应用研究

发布时间：2020-07-17 10:30

【摘要】：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)属于多载波调制技术。经典OFDM以快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)为核心,对频偏和定时偏差较敏感,抗干扰能力较差,峰均比也较高。小波变换对瞬态信息有较强检测能力,合理的基函数能保证良好正交性,故论文用离散小波变换(Discrete Wavelet Transformation,DWT)代替FFT算法,研究了基于小波变换的OFDM通信系统算法,并将形成的DWT-OFDM算法用于G3标准电力载波通信(Power Line Communication,PLC)中,从通信可靠性、通信效率及峰均比特性等方面提高G3-PLC的通信性能。论文首先对小波分析的理论、小波基函数、经典OFDM系统的原理与关键技术进行了分析研究,针对FFT-OFDM系统的缺点,用小波变换代替FFT变换,建立DWT-OFDM系统。利用小波函数良好的正交性与时频局域性提高系统性能、改善多载波调制系统的缺陷。同时,根据OFDM对正交性的要求,将双正交小波应用于系统中,提高可靠性。在此基础上,将DWT-OFDM算法应用于G3-PLC中,通过对G3-PLC物理层模型及帧结构的分析,设计出基于DWT-OFDM的G3-PLC物理层模型。在高斯、多径及实测电力线信道环境下,从小波基、小波分解层数和窗函数类型等方面仿真分析了传输模型的通信性能。最后,结合双正交小波变换和仿真实验分析,对可靠性、效率和峰均比特性进行了优化研究与设计。理论分析和基于实测电力线信道的仿真实验表明:DWT-OFDM系统抗干扰能力更强,采用双正交小波bior6.8在进行二层分解时误码率性能最佳,在误码率为10-3量级时,性能有8 dB左右的提升,在保证可靠性的同时,提高了通信效率,能够由初始的40%左右提高至54%左右;同时,通过软限幅法的应用,可以将峰均比由约9 dB降低至约8 dB。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TN929.53
【图文】：

基本数学模型

式（２．３）中，；表示第／个子信道；＼表示第／个子信道上待传输信息；表示第／个子信道逡逑的载波频率。逡逑ＯＦＤＭ调制过程相应原理图可以用图２．１刻画。逡逑逦逦逦ｃ邋ｉ邋ｅＪ２＾邋逦逡逑０邋Ａ逡逑——？（ｘ）——？逡逑？ｙ，邋ｔ邋＾＇２／ｒ／，／逡逑待发送信号逦前端邋ｗｒ’ｈ邋串并逦？，逡逑＞调制逦—转换逦；逦十逡逑图２．１邋ＯＦＤＭ调制基本数学模型逡逑根据ＯＦＤＭ原理，在发送模块，对ＯＦＤＭ信号外）进行采样，设采样周期７ＶｉＶ，令逡逑，＝女…，＃－１），则式（２．３）可以表示为：逡逑Ｈ邋Ｎ－１逦？逡逑＝逦（２－４）逡逑式（２．４）实质上就是１ＤＦＴ变换公式，即＆可看成＼经过ＩＤＦＴ所得，故ＯＦＤＭ调制可由１ＤＦＴ逡逑变换进行实现。逡逑２．邋ＯＦＤＭ解调技术逡逑在ＯＦＤＭ系统的接收端，对于第ｍ个子载波上的信息，可用来表示，若持续的时逡逑间用Ｔ表示

频分复用,基本数学模型,点运算,系统复杂度

逡逑图２．２邋ＯＦＤＭ解调基本数学模型逡逑对于发送端己调制的信号，需要在接收端进行解调，这个过程可通过ＦＦＴ变换实现，逡逑具体如下：逡逑Ｎ－＼逦（邋２ｎｉｋ逡逑ｃ／，＝２＞，Ｎ逦（２．６）逡逑ｋ＝０逡逑根据式（２．６），ＯＦＤＭ的解调过程可通过ＤＦＴ进行实现，但在实际应用中，运算复杂逡逑度也是需要考虑到的一个因素，因此常常采用的是ＥＦＦＴ／ＦＦＴ。对比ＩＤＦＴ／ＤＦＴ和ＩＦＦＴ／ＦＦＴ，逡逑若都进行的是＃点运算，对于前者，它正比于Ｗ２，而后者与＃ｌ0ｇ２Ｗ成正比，增长速度逡逑稍快于ｏ（Ａ0，但远低于＜？（ｉＶ２）。并且随着ＩＦＦＴ／ＦＦＴ技术的不断成熟，在使用ＯＦＤＭ技术逡逑时也会变得更加方便，还可降低系统复杂度。逡逑在进行信号传输时

频谱,基本数学模型

逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋（Ｎ－ｌ）邋ｊ＇逡逑图２．３传统频分复用的频谱划分逡逑从图２．３中传统频分复用频谱的划分方式可以看出，由于保护频段的加入，虽然保证逡逑了信息的可靠传输，但此时信道的频谱资源将会有较大的浪费。而ＯＦＤＭ技术可解决此逡逑问题，它提高了利用率，但也并未以牺牲通信可靠性为代价。对于ＯＦＤＭ信号，其频谱逡逑的仿真分析如图２．４所示。逡逑１４逡逑

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