电力线OFDM通信系统资源分配研究

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电力线通信(Power Line Communication,PLC)是利用已有的电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。利用电力线不需要重新布线,节约了接入成本,同时还具有扩展性好,覆盖范围广等特点,在低压电力线上实现高速数据传输有着广阔的应用前景和经济价值。电力线最初为传输电能铺设的,利用它传输电能损耗很小,然而由于电力线上存在频率选择性衰落、较强的时变性及复杂的干扰噪声等因素,当利用电力线进行信息传输时,系统的有效性和可靠性受到很大限制。正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作为第四代移动通信的关键技术之一,它具有高频谱利用率以及良好的抗多径衰落特性的优点。将OFDM技术应用到电力线通信中,可以很好的克服电力线的这些特性,提高通信的可靠性。同时在OFDM系统中采用自适应调制技术,根据每个子信道的状态的不同,为相应子信道采用不同的调制方法:信道状态好时,为该子信道多分配些比特信息,采用高阶调制,反之则采用低阶调制;当信道状态极差时,关闭该信道。与传统的固定调制方式相比,自适应调制可以提高系统的性能。本文首先介绍了电力线信道特性和噪声特性,建立了电力线信道多径模型。然后介绍了OFDM技术的基本原理及系统实现的基本框图,在介绍OFDM技术优点时也指出它存在着一些不足,比如频偏敏感,峰值平均功率比较高等,在使用OFDM技术时需要采用相应的技术克服这些不足。最后重点介绍了自适应调制技术,自适应调制根据约束条件和优化目标不同,分为速率最大化和功率最小化两类,介绍了注水定理,该思想是自适应分配算法的理论基础,详细介绍了Hughes-Hartogs算法、Chow算法及Fischer算法的具体实现,结合电力线信道,采用OFDM系统对这三种算法进行了仿真及性能分析。最后对Fischer算法进行了改进,与原算法一次删除一个不可用子信道相比,改进算法一次删除多个不可用子信道,降低了迭代次数,且在迭代计算过程中利用了前次迭代的结果,降低了计算复杂度,但性能与原算法一样;另外改进了比特分配算法,该算法首先利用注水定理求得各个子载波上待分配的功率,然后按功率比例将待分配比特分配到各个子载波上,最后利用贪婪思想调整比特。该算法性能比Hughes-Hartogs算法差些,但是复杂度远低于Hughes-Hartogs算法,所以部分性能损失是值得的。
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