基于tcm调制方式电力线载波通信技术探究

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1、基于TCM调制方式电力线载波通信技术探究　　【摘要】电力线载波通信在我国是一门既古老又年轻的学科，作为电力系统不可或缺的通信手段，传统的模拟设备已不能完全满足现有市场对通信质量的要求。本文首先论述了电力线载波通信的发展及现状，然后针对如何在高压电力线中提升通信速率和可靠性的问题，在数字单边带DSP开发平台上，对网格编码调制（TCM）技术在电力线载波通信中的应用展开了分析，基于V.34标准对收发信机的实现方案作了设计。【关键词】电力线载波通信；网格编码调制；壳状映射；星座整形1.电力线载波（PowerLineCarrier）通信（1）电力线载波（PowerLineCarrier）通信是一种采用架

2、空输电线路进行语音和数据传输的通信方式，和其它通信方式比较其最主要的特殊性在于用途和特殊传输媒介，它以电力线为信道，以变电站、发电厂为终端，是电力系统运行、控制和管理的一种重要工具。6（2）电力线载波通信出现于20世纪20年代初期，其技术实现经历了从模拟到数字，从纯硬件到软硬件结合的过程。同其他电子产品一样，电力线载波通信设备经历了电子管时代，晶体管分立器件时代，中小规模集成电路时代，中大规模集成电路时代，现在进入数字时代。最新高速DSP、FPGA电路以及CPLD、A/D、D/A高精度信号变换器，为电力线载波通信成功地采用各种先进的数字信号处理技术和算法、完成各种功能、保证高技术指标的突破，进

3、行紧凑设计缩小“数字信号流”行程和提高抗干扰和可靠性等，奠定了良好产品技术创新基础。至今电力线载波机已经历了三代。2.网格编码调制（TCM）将编码器和调制器当作一个统一的整体进行综合设计，使得编码器和调制器级联后输出的信号序列之间具有最大的欧氏自由距离，相对于传统数字通信系统在不增加宽带条件下，可提供3～6dB的编码增益（1）在数字通信系统中，若广义信源（由信源和信源编码器组成）的信息传输速率及发送功率一定，一方面，为了提高传输的有效性，要求每传输符号携载的信息量增大（即频带利用率的提高），这样做的后果是造成系统可靠性的降低；另一方面，为了提高传输的可靠性，义会使系统的有效性降低。因此，如何较

4、合理地解决有效性与可靠性这一对辨证统一的矛盾，是正确设计通信系统的关键问题之一。图1传统数字通信系统模型6（2）如图1在传统的数字传输系统中，调制解调器和纠错编译码器是两个主要的组成部分，它们也是提高通信系统信息传输速率（有效性）和降低误码率（可靠性）的两个关键器件，它们各自独立地进行设计。（3）数字通信系统的设计必须综合考虑纠错编码和调制所带来的优缺点而进行折中，这是由于在数字通信系统中，传输信息的有效性和可靠性是一对矛盾，即频带利用率和功率利用率是一对矛后：在功率受限信道中，通过采用纠错编码增加传输信息的冗余度，使其获得检错和纠错能力，代价是传输信号占用的带宽增大，系统的频带利用率降低，从

5、而以频带利用率的降低换取了功率利用率的提高；在带宽受限信道中，可以采用多元调制使信号集的点数增加以减少传输所占用带宽，而在平均功率相等的条件下，多元调制信号集点数的增加意味着传输信号点间欧氏距离的减小，这将导致系统抗噪能力的下降，系统的功率利用率降低，从而以功率利用率的降低换取了频带利用率的提高；而在功率和频带都受限的信道中，则可通过加大调制信号集来为纠错编码提供所需的冗余度，以避免频带利用率因加纠错编码而降低，但此时由纠错编码获得的好处会被多元调制点数增加带来的误码率的上升一所抵消。3.显然，若编码6与调制、解调与译码仍按传统的相互独立的方法进行设计，则不能得到令人满意的效果。这可以通过一个

6、实例加以说明：比较无纠错编码的QPSK调钊和采用码率为2/3的卷积编码并在解调端进行硬判决Viterbi译码的8PSK调制。若言息速率相同，在相同的信噪比条件下，无编码的8PSK解调器输出的误码率远远大于QPSK系统，这是由于8PSK信号星座点之间具有更小的欧氏距离的缘故。要使两者的误码率同为“10”，需在8PSK调制方式的发端采用约束长度为7编码效率为2/3卷积码，在其译码端，需采用复杂的64状态的Viterbi译码器，可以看出设备的复杂性大大地增加了3.1出现上述结果的原因在于在纠错编译码和调制解调部分的设计中存在两个方面的问题：3.2由以上所述可知，AWGN条件下最佳的编码调制系统应以编

7、码序列的欧氏距离为调制设计的量度。这就要求将编码器和调制器当作一个统一的整体进行综合设计，使得编码器和调制器级联后输出的信号序列之间具有最大的欧氏自由距离。1974年Massey根据Shannon信息理论最早证明若将编码与调制作为一个整体进行最佳设计可以大大地改善系统性能。随后Ungerboeck，今井秀树等众多学者对此进行了深入研究。1982年Ungerboeck提出了著名的网格编码调制（TCM