基于自适应ofdm的电力线高速数据通信关键技术研究

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1、工学博士学位论文基于自适应OFDM的电力线高速数据通信关键技术研究张旭辉哈尔滨理工大学2009年5月国内图书分类号：TN916工学博士学位论文基于自适应OFDM的电力线高速数据通信关键技术研究博士研究生：导师：申请学位级别：学科、专业：所在单位：答辩日期：授予学位单位：张旭辉张礼勇工学博士测试计量技术及仪器测控技术与通信工程学院2009年5月哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TN916DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCH

2、ONKEYTECHNIQUESOFPOWERLINEHIGHRATEDATACOMMUNICATIONBASEDONADAPTIVEOFDMCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Specialty：DateofOralExamination：University：ZhangXuhuiProf．ZhangLiyongDoctorofEngineeringTestandMetrologyTechnologyandInstrumentMay,2009Ha

3、rbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《基于自适应OFDM的电力线高速数据通信关键技术研究》是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：私弩日期：彻罗年朋胗日哈尔滨理工大学博士学位论文使

4、用授权书《基于自适应OFDM的电力线高速数据通信关键技术研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密口。(请在以上相应方框内打4

5、)作者签名：荔黝皿摒作者签名：黝粉，y。‘，l，”夕’l翩鹳：留哆U§一V‘‘V日期：≥掰罗年，月f2日日期：)哆年厂月／2日摘要电力线作为一种分布广泛，不需布线，连接方便的通信媒介，在智能家庭网络和宽带接入领域具有得天独厚的优势和不可估量的市场潜力。正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径时延、抗信道衰落、频谱利用率高、硬件实现简单等优点，近年来受到广泛关注。将自适应技术与OFDM技术相结合，将更有效的应对复杂恶劣的电力线通信环境，实现可靠高速的数据通信。自适应OFDM技术的关键问题是实时准确的信道估

6、计和高效的OFDM自适应调制和功率分配。本文在研究信道模型的基础上，根据对各用户的子信道的瞬时特性估计的结果，采用动态分配数据速率和传输功率，有效地优化了系统性能，并利用构建的通用信道仿真平台对所设计的系统性能进行测试。主要工作如下：首先，通过对低压电网不同区域，不同时段的测试样本进行分析，在已有传输模型的基础上，提出将粒子群算法应用于电力线通信多径传输模型的参数辨识，缩短辨识时间，提高拟合精度，为低压载波通信调制技术的研究和设计打下良好的基础。其次，研究自适应OFDM通信系统的实现机理，讨论自适应调

7、制OFDM系统结构、OFDM信号帧结构、载波控制方法，并对系统性能进行分析，建立适应低压电力线信道特性的参数选择方案。再次，针对标准卡尔曼滤波方程不适用于非线性电力线信道，扩展卡尔曼滤波算法计算量大、复杂度高的特点，本文提出了基于梳状导频的无先导卡尔曼滤波算法，采用加权采样点线性化方法代替泰勒公式线性截断的方法进行时域信道估计的同时，利用载波间的信道频域相关函数和卡尔曼滤波的估计误差的协方差矩阵，对滤波结果在频域进行最小均方误差(MMSE)意义下的估计，采用时频域联合估计算法使估计精度得到进一步提高。

8、另外，针对多用户OFDM系统基于迭代的信道和比特功率分配算法实现复杂，而分组分配方法虽降低了运算复杂度，但却使系统性能下降的特性，本文从优化的角度出发，提出采用具有全局优化能力的粒子群算法，将信道分配和比特分配问题相结合，实现电力线信道下多用户自适应OFDM予载波比特、功率分配，节省运算时间，降低发射功率，提高频谱利用率。最后，针对低压电力线信道复杂多变，载波通信研究者缺少全面的试验环境来测试和评估设计方案，单纯依赖现场调试，影响开发速度的状况，本哈尔滨