發(fā)布時(shí)間：2018-04-10 20:05

  本文選題：低壓電力線 + OFDM�。� 參考：《太原科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：我國有大量的煤礦,為了保證煤礦井下開采、生產(chǎn)、安全的要求,就必須對(duì)煤礦的自動(dòng)化生產(chǎn)有很高的要求。因此提高煤礦井下穩(wěn)定又可靠的通信,保證信息傳輸?shù)目煽啃跃哂鞋F(xiàn)實(shí)的意義。煤礦井下通信環(huán)境比較復(fù)雜,整體環(huán)境比較惡劣,井下空間有限,采用光纖和電纜作為傳輸介質(zhì)的方案,需要重新配置專用電纜和光纜設(shè)備,增大復(fù)雜度與成本;無線通信方案下,面臨物理環(huán)境相對(duì)惡劣的問題,無線通信信道容量小,并且井下巷道路徑多,容易發(fā)生反射,存在無線通信障礙,也難以滿足井下可靠、安全生產(chǎn)的需求。利用井下現(xiàn)有的低壓電力線作為傳輸信息的介質(zhì),不需要專門敷設(shè)電纜,節(jié)約了成本,降低了物理環(huán)境對(duì)信號(hào)傳輸性能的影響,正在成為井下通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的重要方案。電力線信道中存在的頻率選擇性衰落、多徑和噪聲等問題,可以通過采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)來克服以上所提到的問題。但是OFDM技術(shù)最大的缺點(diǎn)是峰均比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)過高,使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)的成本高、難度大、工作效率低。因此降低電力線OFDM系統(tǒng)中的峰均比,提高傳輸性能,從而實(shí)現(xiàn)高效的井下電力線通信,正在成為研究的關(guān)鍵方向。而在降低PAPR的技術(shù)中概率類算法能夠有效地降低峰值高的信號(hào)出現(xiàn)的概率來達(dá)到降低PAPR性能,不會(huì)產(chǎn)生失真,但是其計(jì)算復(fù)雜度相對(duì)較高,在接收端還需要邊帶信息才能恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)的問題也同樣亟待解決。因此,本文針對(duì)煤礦井下低壓電力線中OFDM中峰均比過高的問題,主要進(jìn)行了以下內(nèi)容的研究:(1)對(duì)煤礦井下低壓電力線的信道特性進(jìn)行研究,主要對(duì)電力線信道的阻抗特性、噪聲特性、衰減特性進(jìn)行了分析,總結(jié)了電力線通信的特點(diǎn)及原理,明確電力線網(wǎng)絡(luò)存在的頻率選擇性衰落嚴(yán)重、阻抗變化大、多徑效應(yīng)明顯、噪聲干擾嚴(yán)重等問題。利用串聯(lián)諧振電路模型來描述電力線信道,并采用OFDM技術(shù)來克服低壓電力線信道存在的問題。(2)針對(duì)煤礦井下低壓電力線OFDM中PAPR過高的問題,采用了一種改進(jìn)的SLM(Selective Mapping,SLM)算法。首先對(duì)信號(hào)作DCT變換預(yù)處理,其次在SLM算法中選用GCD(Greatest Common Divisor,GCD)矩陣作為相位序列來降低系統(tǒng)的PAPR。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本算法相比傳統(tǒng)的SLM算法降低PAPR性能更好,且減少了計(jì)算的復(fù)雜度。(3)針對(duì)井下低壓電力線OFDM峰均比過高的問題,采用一種IDCT_PTS算法與限幅算法的聯(lián)合算法。在傳統(tǒng)的PTS算法基礎(chǔ)上加入IDCT變換,使得高峰值信號(hào)出現(xiàn)的概率明顯降低,以此降低系統(tǒng)的PAPR。并通過限幅處理進(jìn)一步有效的降低系統(tǒng)的PAPR。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本算法相比傳統(tǒng)的PTS算法降低PAPR性能更好。
[Abstract]:There are a large number of coal mines in our country. In order to ensure the requirements of mining, production and safety in underground coal mines, we must have very high requirements for the automatic production of coal mines.Therefore, it is of practical significance to improve the stable and reliable communication in coal mine and to ensure the reliability of information transmission.The underground communication environment of coal mine is more complex, the whole environment is worse, and the underground space is limited. The scheme of using optical fiber and cable as transmission medium needs to reconfigure the special cable and optical cable equipment to increase the complexity and cost.Under the wireless communication scheme, facing the problem of relatively bad physical environment, the wireless communication channel capacity is small, and the underground roadway path is many, easy to produce reflection, the existence wireless communication barrier, also is difficult to satisfy the underground reliable, the safety production demand.Using downhole low voltage power line as the medium for transmitting information, it is not necessary to lay cable specially, which saves cost and reduces the influence of physical environment on signal transmission performance. It is becoming an important scheme of underground communication network construction.The problems of frequency selective fading, multipath and noise in power line channel can be overcome by using orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM (OFDM) technique.However, the biggest drawback of OFDM technology is that the peak to Average Power ratio (PAPR) is too high, which makes the cost, difficulty and work efficiency of the system high.Therefore, it is becoming a key research direction to reduce the peak-to-average ratio in power line OFDM system, improve the transmission performance and realize the efficient underground power line communication.In the technique of reducing PAPR, the probabilistic algorithm can effectively reduce the probability of the signal with high peak value to reduce the performance of PAPR without distortion, but its computational complexity is relatively high.The problem that sideband information is needed to recover the original data at the receiver also needs to be solved.Therefore, aiming at the problem of high peak-to-peak ratio of OFDM in underground low voltage power line, this paper mainly studies the channel characteristics of low voltage power line in coal mine, mainly the impedance characteristic of power line channel.The characteristics of noise and attenuation are analyzed, and the characteristics and principles of power line communication are summarized. It is clear that the power line network has serious frequency selective fading, large impedance variation, obvious multipath effect and serious noise interference.The series resonant circuit model is used to describe the power line channel, and OFDM technology is adopted to overcome the problem of low voltage power line channel. Aiming at the problem of too high PAPR in the low voltage power line OFDM in coal mine, an improved SLM(Selective mapping algorithm is adopted.Firstly, the signal is preprocessed by DCT transform, and then the GCD(Greatest Common Divisor GCD) matrix is chosen as the phase sequence in the SLM algorithm to reduce the PAPRs of the system.The experimental results show that the proposed algorithm reduces the PAPR performance better than the traditional SLM algorithm and reduces the computational complexity. Aiming at the problem of too high PAPR in downhole low-voltage power line, a joint algorithm of IDCT_PTS algorithm and amplitude limiting algorithm is adopted.Based on the traditional PTS algorithm, IDCT transform is added to reduce the probability of the high peak signal, so as to reduce the PAPR of the system.Furthermore, the PAPRs of the system are further reduced by limiting processing.The experimental results show that the proposed algorithm can reduce the PAPR performance better than the traditional PTS algorithm.
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD655;TN913.6

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本文編號(hào)：1732710