兰州商学院毕业优秀论文双向工频通信技术中的差错控制的探讨Word文档格式.docx
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2007级电子信息工程
学生姓名:
刘宝玲
指导教师:
路永华
2011年5月26日
声明
本人郑重声明:
所呈交的毕业论文(设计)是本人在导师的指导下取得的成果。
对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
因本毕业论文(设计)引起的法律结果完全由本人承担。
本毕业论文(设计)成果归兰州商学院所有。
特此声明
毕业论文(设计)作者签名:
年月日
双向工频通信技术中的差错控制探讨
摘要
双向工频自动通信,简称TWACS,是基于电力配电网络的一种新型通信技术。
它具有独特的调制方法和通信方式,不受馈电配置,容量带宽和变压器配置的限制和约束,通信距离远,抗干扰性能好。
基于该系统可以开发出电网配电控制自动化,家电自动化及自动监控等应用产品,拥有极为广阔的应用前景。
本文对双向工频自动通信投入实用的最关键问题:
差错控制问题进行探讨,对工频信道进行了干扰特征分析和调制信号特征分析,分别在输入和输出两个信道上确定了各自的差错控制方案,将整个系统的差错控制分为三个层次:
物理层,调制解调层和系统层,分别在这三个层次上运用不同的差错控制技术以降低误码率。
本文详细介绍了如何在该系统中对调制信号和干扰信号进行分析和控制,并讨论了信道编译码阶段所使用的Reed-Solomon纠错码,它们对提高工频通信的正确率起着至关重要的作用。
[关键词]双向工频通信差错控制干扰特性信道编码
ABSTRACT
TWACSisanewmethodofcommunicationonpowerdistributionnetworks.It'
smodulationandcommunicationareuniqueandnotlimitedbyfeedingconfigure,withandtransformerconfigure.Itcanprovideenoughcommunicationdistanceandanti-jammingcapability.Manyapplicationcanbeexploredwithit,suchasautomaticemergeandcontrol,automaticmonitorandhomeelectricalappliancesautomatization,therebyithasenoughwidefuture.
Thispaperresearchedthesixty-four-dollarquestion-errorcontrolinTWACSapplication.Ittooktheanalysisofchanneldisturbingcharacterandmodulatedsignalcharactertoconfirmtheerrorcontrolprojectsinoutboundandinbound.Itdecomposedthewholesystemtothinparts:
physicalpart,modulatepartandsystemparttoperformerrorcontrolinthethreepartstoreduceerrorrate.Thepaperdetailedlyintroducedhowtoanalyzeandcontrolthemodulatedsignalanddisturbingsignalinthesystem.ThenitemphaticallydiscussedReed-Solomonencodingtechnologywhichareeffectiveoncontrollingerrorrate.
[KeyWords]TWACS,Errorcontrol,Disturbingcharacter,Channelencoding,Reed-SolomonCodes
目录
一、引言1
(一)问题的提出1
1、什么是工频通信1
2、电力配电网络的特点3
3、工频通信与差错控制4
(二)差错控制技术5
二、双向工频自动通信系统6
(一)工频通信的系统结构和实验系统6
1、子站端集中处理系统7
2、用户端系统8
(二)双向工频自动通信技术的基本理论8
1、单相线路上输入和输出信号的调制原理9
2、输出通道调制原理9
3、输入通道调制原理10
(三)信道干扰特征分析和调制信号特征分析11
1、调制信号特征分析12
2、干扰信号的特征13
(四)输出通道的检波以及差错控制方案14
(五)输入通道的检波以及差错控制方案16
三、工频通信中的差错控制编码17
(一)数字通信系统的信道模型17
(二)差错控制方式的选择20
(三)差错控制方案21
(四)RS编码的有关理论23
1、有限域的基本理论23
2、循环码的基本理论24
3、Reed-Solomon码25
4、系统RS码的编码27
5、RS码的译码28
6、对调制器的编码29
(五)差错控制编码的实际成果30
四、结论与展望30
参考文献32
致谢33
一、引言
(一)问题的提出
1、什么是工频通信
电力配电网络是我国线路分布最为广泛,并且也是与我们生活最为贴近的可通信网络之一。
在电力配电网络上进行数据传输,对于实现远程测量和控制,是非常有效的。
由于电力配电网络线路分布的广泛性,使得利用电力配电网络进行数据传输成为测量水、电、气和控制负载的最有效的途径之一。
利用电力配电网络进行数据传输是一个非常有意义的研究方向,如何使传输效率更高、成本更低、可靠性更高,是目前各种传输方法一直在努力解决的共性问题。
电力配电网络的复杂性为传输方法提出了各种难题,例如配电网络中存在的各种各样的电力设备、不同性质的用户、电容器组及变压器等为传输信息设置了非常复杂和恶劣的环境。
一般来讲,目前国内在配电网上实现数据通信主要采用的是电力线载波法,电力线载波法是在电力线路上利用调频或调相的方法进行中高频率的信号传输,过变压器时要增设转接设备,以便使高频信号通过变压器。
由于电力配电网络上的电力线路高频通道特性不具有一般性,即不同线路的特性差异很大。
即使是同一条线路,其特性亦呈现时变性,而且,线路噪声功率亦较其他线路要大,为电力传输而设置的许多电容组等设备对载波干扰很大。
在这样的通道上实现常规的窄带载波通信是困难的。
扩频技术是目前电力配电网络信息传输中利用载波法可靠通信的主要手段。
所谓扩频通信技术就是将信息频带展宽,而在接收端通过相关接收来恢复原始信息带宽的一种技术。
系统牺牲带宽以降低对信噪比的要求,使信息传输更为可靠。
同时,降低单位带宽上的功率谱密度,使信息更不易被截获。
但是局限于其调制原理,利用载波法在配电线路上进行信息传输有个很大的缺点,就在于通信范围不够广泛。
主要矛盾表现在由于高频信号无法直接通过变压器,若要求信号通过变压器,则必然要增设转接设备。
以国内利用载波法进行用户自动抄表系统为例,主要是在配电变压器与用户之间传输,而且大部分是仅在用户之间传输采集到的数据,在子站与变压器之间常常是利用其他线路(如电话线等)进行传输。
在一些先进的系统中,为使载波信号通过变压器传输至子站中央控制单元,必须在配电变压器上加入转接设备才能实现,这样就大大提高了成本。
双向工频自动通信技术是针对这个矛盾而提出的技术,它的调制方式是将数字信号的“0”和“1”耦合到电力线上电压和电流的正弦波上去,将信号传输频率控制在与工频同数量级,以此来避开变压器对高频的阻挡,从而达到无需附加任何设备使信号通过变压器,大大提高直接通信的范围和距离;
但这样也决定了它的信息传输速度不可能很高,属于低速率、低成本的通信方法。
双向工频自动通信技术的特殊的调制原理和传输方式决定了这种技术的广泛应用前景,非常适合于需要高实时性而传输速率要求不高的场合。
例如:
楼栋实时报警系统、铁路信号灯实时控制系统、多用户流量分时采集系统等等。
该方法同样在电力配电网络上调制信号,但其调制频率很低,调制信号的频率约为工频(50Hz)的3~7倍,因而被称为工频通信。
双向工频自动通信技术的调制方法比较独特,具备特有的优势,它是利用工频电压基波过零调制的方法实现信号的调制和解调的。
与传统电力线载波法相比,该方法具有多种优点:
它的调制频率低,信号在过零点附近调制,调制所需功率小,对波形干扰很小,使得电网信号的畸变处于很小的范围之内,对电网基本不造成损害。
传统的载波法使用高频载波,对电网信号影响很大,容易造成电网信号畸变。
不需要改造现有的电力配电网络,成本低廉,对远端设备或仪表的访问是直接的,无需增加中继环节,可以直接进行跨变压器台区通信,信号能够容易地通过变压器,不必增加多余设备。
传统的载波法为使载波信号通过变压器传输。
必须在配电变压器上加入转接设备才能实现,对端设备的访问也必须进行信号的转换,这样就很难控制成本。
它对缓变干扰有极强的抗干扰能力,信号的上下行互不干扰,完全可以实现双向通信;
利用电力线的多相性,容易实现多通道传输。
传统的载波法对电网本身的频率和幅值变化敏感,信号在传输过程中易产生泄漏和旁路,造成信号衰减,针对电网的特殊干扰情况,抗干扰能力不强。
由于该技术的调制技术决定的对通道的独占性和低频特性,对于每一个单独的信道,都可以认为该信道是实时信道,在多用户系统中,必须采用时分复用的原则来共享这个信道。
传统的载波法则把信道划分为多个频带,使用频分复用的原则进行信道共享,这样高频信号的累积更加重了对电网正常信号的干扰。
使用工频载波技术可以克服高频载波通信技术的多种不足:
采用连续波形调制技术、自适应均衡技术、前向纠错技术等,可以有效的克服各种恶劣的通道特性,提高通信的可靠性。
该技术也有其不足处,相比之下,该方法的传输速率要远低于载波方法,虽然经过一定的算法和组合调制可以进行多通道通信,使传输速率得到一定的提高,但是仍然属于低频传输,所以,其主要应用是在要求通信速率不高的情况下。
对于较大范围的多用户网络,高频载波通信并不一定能得到比工频通信更快的传输速率。
因为在这样的系统中,中心控制单元发出的命令,在载波通信中要经过多级中继和转换,而工频通信中的信息是直接送到远程用户上的。
分析后可以发现,在传输范围很大的情况下,在远程抄表和负载控制方面,其传输效率完全可以与高频载波方法相媲美,而且,在更远和更多用户的情况下,还要超过高频载波通信方法。
2、电力配电网络的特点
工频通信的载体是电力配电网络,但电力配电网络是所有可通信网络中干扰最大,通信质量最差的网络之一。
因为电力配电网络的主要功能不是通信,而是电力配电,网络设备的多样性和配电电缆的铺设方式都使得工频通信的信道环境非常恶劣,存在着多种干扰,其干扰源主要包括脉冲噪声干扰、窄带干扰和高斯噪声干扰等,此外在不同的地区,如重工业区和轻工业区,其所受干扰就有很大的不同,因此如何有效地实现信号检波是该技术能够投入实用的关键环节。
3、工频通信与差错控
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- 兰州 商学院 毕业 优秀论文 双向 通信 技术 中的 差错 控制 探讨
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