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基于PRIME的电力线窄带通信关键技术实现研究

作　者: 刘云峰
导　师: 徐元欣
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: PRIME 电力线通信 单频网 OFDM FPGA
分类号: TM73
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在电力市场中用户态度的改变和电力网络技术的演变,促使公用供电商业模式发生转变。供电部门需要建立一个新技术支撑的电力网络。PRIME(电力线智能计量演化)正是在此需求和基础上定义的物理层和MAC层的PLC(电力线通信)标准,以满足未来市场的需求和保证电力部门的投资有所回报。PRIME采用CENELEN-A波段的OFDM(正交频分复用)技术,该技术能达到130kbps的净数据速率。本文首先阐述了电力线通信的概念和发展,对目前主要的电力线通信标准进行了分析和比较,讨论了电力线通信的技术特点,并详细介绍了PRIME标准提出的历史背景、基本概念和技术特点,具体阐述了PRIME标准物理层所采用的技术方案及其参数。本文深入研究了PRIME物理层的关键技术和相关算法,首先具体介绍单频网技术的概念和物理层的核心技术方案OFDM技术,然后较为深入研究了物理层发射机和接收机中的三个关键技术,包括定时同步技术,采样钟同步技术,差分调制技术,并且首次将单频网技术和PRIME标准相结合,并针对上述三个关键模块提出对应的技术方案。本文分析了PRIME标准应用的电力线信道和结合单频网应用场景下的单发射机等效信道的特点,并进行了信道建模。在此基础上搭建了PRIME物理层的MATLAB仿真平台,对物理层的基带传输链路关键算法进行了仿真验证,并通过MSE和误比特率对算法性能做了分析对比。仿真结果表明这些方案充分利用了PRIME的帧结构特点以及前导和离散导频的接收端信息,具有较好的性能。本文提出了FPGA实现PRIME物理层关键算法的方案,对选用的FPGA芯片和开发流程做了简要介绍,最后详细阐述了定时同步模块、交织器模块、采样钟同步模块和差分解调模块的具体实现方案,给出了仿真结果和占用资源情况。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-17
  1.1 电力线通信简介  9-13
    1.1.1 国内外研究现状  9-10
    1.1.2 电力线通信标准  10-12
    1.1.3 电力线通信优缺点  12-13
  1.2 PRIME标准简介  13-14
  1.3 课题意义  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
2 PRIME标准物理层简介  17-28
  2.1 物理层概述  17-18
  2.2 物理层参数  18-19
  2.3 PPDU格式、CRC编码和填充  19-26
    2.3.1 前导  19-20
    2.3.2 导频结构  20-21
    2.3.3 header和payload  21-23
    2.3.4 卷积编码器  23
    2.3.5 扰码器  23-24
    2.3.6 交织器  24
    2.3.7 调制  24-26
  2.4 本章小结  26-28
3 物理层关键技术研究  28-44
  3.1 单频网技术  28-34
    3.1.1 单频网的基本概念  28
    3.1.2 单频网技术的优点  28-29
    3.1.3 实现单频网的难点  29
    3.1.4 PLC中继组网方式实例-REMPLI  29-31
    3.1.5 SFN在PRIME中的实现  31-33
    3.1.6 SFN等效单发射机信道模型  33-34
  3.2 OFDM技术  34-37
  3.3 定时同步算法  37-39
  3.4 采样钟同步算法  39-42
  3.5 OFDM系统频域差分调制技术  42-43
  3.6 本章小结  43-44
4 MATLAB仿真平台搭建  44-56
  4.1 电力线信道建模  44-47
    4.1.1 低压电力线上的阻抗和衰减特性  44-45
    4.1.2 低压电力线的噪声建模  45-46
    4.1.3 Middleton Class A噪声模型  46-47
  4.2 SFN等效单发射机信道仿真建模  47-49
  4.3 定时同步算法性能  49-51
  4.4 采样钟同步算法性能  51-53
  4.5 PRIME物理层的性能  53-55
  4.6 小结  55-56
5 FPGA实现方案  56-65
  5.1 FPGA芯片EP1C12Q240C8  56-57
    5.1.1 Cyclone简介  56
    5.1.2 Cyclone的性能  56-57
  5.2 物理层关键算法的实现  57-64
    5.2.1 定时同步的FPGA实现  57-59
    5.2.2 采样频率同步模块的FPGA实现方案  59-60
    5.2.3 D8PSK解调的FPGA实现  60-62
    5.2.4 交织器模块的FPGA实现  62-64
  5.3 小结  64-65
全文总结和工作展望  65-66
参考文献  66-69
作者简历及在学期间所取得的研究成果  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的调度、管理、通信
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