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高速的电力线通信技术以其覆盖广泛、带宽资源丰富、无需重新布线的先天优势,成为社会发展对信息需求的有效解决方案,在楼宇智能化、数字家电和Internet接入等领域有广泛的应用。采用电力线作为通信网络更有望实现电视线、电话线、网线和供电线路的“四线合一”,进一步促进社会信息化的发展。电力线通信逐步向高速化发展的需求,促使电力线通信技术被广泛关注并深入研究。OFDM技术的提出给电力线通信速率的提升带来转机。OFDM技术以及能够提升电力线性能的技术都将成为促进电力线通信发展与应用领域不断拓展的动力。电力线通信存在广阔的应用和发展空间,对电力线通信技术进行深入研究是十分有意义的。
本文对能够有效提高电力线通信效率的自适应比特、功率分配算法进行深入研究。在深入分析了电力线通信发送功率受限的具体要求和已有各种算法的原理和应用范围的基础上,提出了一种既能满足电力线通信对发送功率的限制要求,又可以提高频带利用率的严格功率受限的自适应比特、功率分配算法。设计了基于OFDM的电力线系统中的调制解调模块,将该算法应用到模块中,并通过仿真对算法性能进行了验证。
首先,本文对电力线通信的关键技术进行了研究,主要包括信道特性和调制解调技术。将能够代表电力线信道特性的衰落特性、时变特性以及高斯白噪声叠加在一起得到了电力线通信信道的等效数学模型。介绍了三种调制解调技术,它们分别应用在以速率等级进行划分的三个电力线通信的发展阶段,其中包括单载波调制、扩频通信和OFDM。
其次,本文介绍了OFDM技术的基本原理和技术优势,它已经成为了高速电力线通信的核心技术。多载波传输克服了频率选择性衰减,频分复用提高了频带利用率,子载波相互独立适合自适应技术的应用。对能够有效克服电力线通信恶劣环境的自适应OFDM技术原理和应用进行介绍。OFDM技术使得各个子信道相互独立,并利用它的独立特性对于SNR较差的信道进行关闭以防止系统的BER水平过低。这种方式使得传统的OFDM对有限的信道资源存在浪费。自适应OFDM技术在电力线通信系统中的应用有效的解决了这一问题,根据电力线信道的幅值变化和衰落情况自适应的调整传输参数,包括自适应调制,子信道分配和比特、功率分配等。
再次,本文针对比特、功率分配算法进行深入研究,采用分步分配的方法对比特和功率进行分配和调整。以Chow算法的分配原理进行初始化分配,在总功率一定的前提下,对BER进行了优化;在经过初次优化之后,再根据约束条件进行调整,降低了复杂约束下进行优化分配的难度;优化过程以速率最大化的分配原理进行调整,增大了系统传输速率。
最后,本文设计了调制解调模块并将功率严格受限的自适应比特、功率分配算法应用其中,使用MATLAB仿真了自适应比特、功率分配的调制解调模块。仿真结果表明,在整个频带范围内比特和功率的分配可以跟随信道状态的变化,提高BER水平的效果明显。