多输入多输出电力线通信系统中的空时编码策略研究

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1、安徽工业大学硕士学位论文论文题目：多输入多输出电力线通信系统中的空时编码策略研究StrategyStudyonSpace-TimeCodingforMIMOPowerLineCommunicationSystem作者：王熠学院：电气与信息工程学院指导教师：倪梁方单位：安徽工业大学协助指导教师：单位：单位：论文提交日期：2017年06月02日学位授予单位：安徽工业大学安徽马鞍山243002摘要摘要智能电网因能使电力供应达到节约能源、降低损耗、增强可靠性而成为业界研究的热点。然而，智能电网的诸多功能都有赖于实时操作

2、才能付诸实施，这使得智能电网中各个终端间快速而可靠的通信成为其成功的重要因素。由于多输入多输出电力线通信(MIMO-PLC)可借助原有的电力网基础设施实现电力网络全覆盖的同时，成倍提高系统容量和频谱利用率，而空时编码是实现MIMO-PLC的关键技术。为此，本文围绕多种差分酉空时码MIMO-PLC系统方案展开研究，并结合仿真对比分析这些编码系统的性能。首先，本文在研究了MIMO-PLC系统传递函数以及噪声分布模型基础上，提出了在接收端无需预知信道状态信息的差分酉空时码应用于该系统的方案。该方案首先将信息数据分别映

3、射到满足分集积准则的实参对角块酉矩阵星座上，并以差分方式形成酉空时码字；随后，相应码字经数模转换后，耦合到不同的电力线端口通过电力线信道发送出去；最后，收端采用最大似然译码得到发送信息的估计值。仿真结果表明：对于系统数据率要求较低的MIMO-PLC系统，差分酉空时码能够显著提高其性能，并且在电力线脉冲噪声幅值较大时，优势更加显著。其次，针对差分酉空时码中满足分集积准则的酉矩阵难以构造以及数据率低的问题，提出了将Cayley差分酉空时码应用于MIMO-PLC系统的方案。该方案首先将携带信息的酉矩阵的高度非线性St

4、iefel流形映射到由斜Hermite矩阵表征的线性空间上，从而可在Cayley变换域和信息理论的基础上，构造出满足柯西随机分布的线性酉矩阵星座。仿真结果表明：尽管Cayley差分酉空时码会一定程度提高系统误码率，但由于其可显著提高系统的数据率，这点对于数据率要求较高的MIMO-PLC系统显得尤为重要。随后，针对MIMO-PLC系统在传输高速数据时，环境的多径使得MIMO信道成为频率选择性衰落信道的问题，提出了将基于正交空时分组码的正交频分复用(OFDM)多载波调制应用于宽带PLC系统的方案。该方案通过把频率选

5、择性信道转化为一个等价的多个平坦衰落子信道构成的集合，结合34正交空时分组码，这样，用于传送每个OFDM分组的每个载信空时符号的子载波可以认为在平坦衰落信道内传输。仿真结果表明：该编码系统随着子载波数的增加，性能得到显著提高。最后，为解决矩阵Stiefel流形的非线性导致酉矩阵星座难以构造以及信号集和与费用函数的非凸性问题，文章首先提出了将基于特殊李群SP(1)、SU(3)的差分酉空时码应用于MIMO-OFDM-PLC系统中的方案。以上编码方案分别通过放宽可达到满分集的不动点群的约束条件，在非线性特殊李群中诱

6、导满足分集积准则的线形酉矩阵星座。随后，在忽略SU(3)酉矩阵行列式为1的约束条件下，进一步简化结构条件构I多输入多输出电力线通信系统中的空时编码策略研究建了两种AB差分酉空时码。仿真结果表明：以上多种编码方案，可在不牺牲系统性能的前提下，提供更高的数据率并获得较高的分集积；随子载波数增加，基于SP(1)的差分酉空时码误码率显著降低，而后三种编码会有一定程度的提高。关键词：多输入多输出-正交频分复用-电力线通信；差分空时码；酉星座；Cayley变换；特殊李群IIAbstractAbstractSmartgrid

7、hasattractedmuchattentionlatelyduetoitsconvenientstructurethatcanmakepowersupplytoachieveenergyconservation,reducelossesandenhancereliability.Nevertheless,theimplementationofsmartgridfunctionrelyonreal-timeoperation,whichmakesthefastandreliablecommunicationb

8、etweenterminalsasakeyfactorinitssuccess.AstheMulti-InputMultiple-OutputPowerLineCommunication(MIMO-PLC)systemcanachievefullcoverageofthepowernetworkwiththeoriginalpowergridinfrastructure,doublin