高清PDF《面向AMI的电力线通信理论和应用 》谷志茹 黄晓峰 王奇等著 2017年版

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前言
利用现有的电网资源,建立高速、双向和实时的通信系统,是实现智能电网(Smart Grid,SG)的基础,在生态环保的前提下,节约了宝贵资源。基于计量和Home LAN应用的电网用户,主要集中于低压段的进户线路和户内线路,如何使高速通信技术适应于低压电网,是研究电力线通信(Power Line Commmunication,PLC)的重点。低压电力信道具有大的信号衰减、时变特性和强噪声干扰,一定程度上限制了高速的数据通信,而通过正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)调制技术,将高速串行数据流分割为低速并行数据流,并调制在相互正交的子载波上实现并行传输,能够有效对抗信道多径引起的码间串扰和衰落引起的误码率,提高抗噪声干扰的能力,在电力通信中得到迅速发展。
现阶段基于电力线的通信技术,在满足传输速率或误比特率的基础上选择基带映射模式,同一时刻每个子信道上采用相同的映射方式和发送功率,设计映射和编码等参数均以最差时的信道状况为依据,屏蔽某些干扰严重的子载波,缺点是数据帧冗余,频谱利用率降低,当信道具有较大干扰时,其通信速度陡降。因此,本书在研究窄带(9~95kHz)电力信道和噪声模型的基础上,从两个方面提高和稳定数据的传输率:一是在物理层通过主元分析的方法改进符号同步检测性能并抑制电力噪声,并采用适于软判决解映射和解码的自适应子载波比特映射方式:二是在网络层采用自顶向下,双层鉴权的入网方法和实时在线质量监测策略,并将所研究的低压窄带电力载波通信技术应用于先进计量基础架构(AdvancedMetering Infrastructure,AMI)系统,设计实现网络层入网方法并完成系统组网测试。具体内容如下:
(1)通过对窄带(9~95kHz)电力信道平稳和非平稳分布的噪声进行实际环境的测量,构建特性参数所描述的随机模型,模拟真实的电力环境,设计和评测最优信道容量方法。
(2)选择G3-PLC协议的物理层,建立OFDM上下行通信链路,作为本书的系统模型,并提出传输性能优化的OFDM系统,消除了电力噪声干扰。
(3)在信道模型己知的前提下,确定子载波误码率(BER)与信道传输率的数学关系和公平性能约束关系。在公平约束性能的条件下,通过简单非迭代离散方法动态分配比特。在总体BER和均匀功率分配的限制下,解决最优容量问题,即最大化传输速率。基于所研究物理层技术和已有MAC层和路由层协议,构建基于OFDM电力载波通信的AMI系统,设计适配于G3模块和智能终端的网络层,提出自动抄表系统入网方法和在线质量监测策略,完成入网测试、通信网络质量测试、可靠性和稳定性测试。
作者
2017年8月18日

内容索引:

目录
前言
第1章概述1
1.1AMI系统概述1
1.2PLC技术概述2
1.3AMI系统研究现状与发展趋势3
1.4PLC技术研究现状与发展趋势4
1.4.1PLC技术的研究动态
1.4.2电力信道的研究动态5
1.4.3电力噪声抑制方法的研究动态6
14.4自适应基带映射方法的研究动态…7
1.5本书的主要内容安排…9
第2章低压电力线信道特性与建模研究11
2.1引言…11
2.2低压电力信道的测量与分析11
2.2.1测试环境11
2.2.2信道的输入阻抗测量12
2.2.3信道的衰减特性测量15
2.2.4信道的噪声特性测量19
23低压电力传输信道建模…26
2.4低压电力线噪声建模28
2.4.1电力线噪声建模29
2.4.2电力线噪声模型评价33
2.5本章小结36
第3章低压电力线通信技术标准与选择研究37
3.1引言…37
3.2PLC调制方式…37
3.2.1单载波调制方式38
3.2.2扩频调制方式…38
3.2.3OFDM调制方式…39
3.3PLC技术标准…41

3.3.1IEC61334标准…41
3.3.2PRME标准…41
3.3.3G3-PLC标准41
3.3.4IEEE1901.2标准42
3.3.5ITU-T Ghnem标准42
3.4PLC技术选择42
3.4.1S-FSK和OFDM性能比较…43
3.4.2G3和PRIME性能比较44
3.5G3-PLC物理层信号处理流程及性能分析48
3.5.1G3-PLC系统结构48
3.5.2G3-PLC物理层信号…49
3.5.3性能分析50
3.6基于G3-PLC的传输性能优化系统52
3.6.1电力信道传输容量分析…53
3.6.2基于G3-PLC的传输性能优化系统54
3.7本章小结…55
第4章低压电力线通信噪声抑制方法研究56
4.1引言56
4.2系统模型及参数…57
4.2.1电力噪声抑制系统57
4.2.2噪声模型和参数57
4.2.3OFDM信号和参数63
43脉冲噪声抑制方法…64
4.3.1时域非线性抑制方法64
4.3.2组合非线性噪声抑制66
4.4背景噪声抑制方法…67
4.4.1主元分析67
4.4.2符号检测69
4.4.3信号秩判定70
4.4.4信号重构…71
4.4.5性能比较72
4.5本章小结78
第5章低压电力线通信自适应基带映射方法研究79
5.1引言79
5.2系统模型及参数…80

5.2.1基于G3的自适应OFDM系统80
5.2.2信道和噪声模型…82
5.3适于软判决的基带映射及解映射方法83
5.3.1基于G3的基带映射83
5.3.2适于软判决的基带映射改进84
5.3.3软判决解映射方法85
53.4性能比较…86
5.4最优传输率比特分配88
5.4.1映射模式阙值确定88
5.4.2比特分配算法90
5.4.3性能分析91
5.5本章小结…93
第6章面向AMI的ODM通信系统及应用研究94
6.1引言…94
62通信架构…95
6.3基于G3的电力线载波模块硬件设计96
6.3.1硬件结构96
6.3.2硬件接口97
6.4基于G3的电力线载波模块软件设计99
6.4.1物理层设计99
6.4.2网络层入网方法……102
6.4.3通信链路在线质量监测策略107
6.4.4软件接口114
65AMI系统测试115
6.5.1测试配置…115
6.5.2入网测试…117
6.5.3通信网络质量测试118
6.5.4组网通信能力测试121
6.6本章小结……122
附录G3物理层仿真程序……123
参考文献…142

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