小波提升算法在G3-PLC中的应用研究

作     者：刘艳 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张峰

授予年度：2021年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：电力线通信 G3-PLC 正交频分复用 提升小波变换 通信效率 峰均比 

摘      要：G3-PLC(G3-Power Line Communication)是电力线通信的国际标准,其物理层信号传输模型以基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)为基础。由于OFDM对正交性及同步性要求严格,复杂信道环境下难以保证可靠性,且存在峰均比高、效率低等问题。为此,论文提出基于提升小波变换(Lifting Wavelet Transform,LWT)的OFDM,并将其应用于G3-PLC物理层信号传输模型。通过提升小波变换减小复杂信道环境下G3-PLC系统的子载波间干扰,提高可靠性,降低系统峰均比,并通过合理减少循环前缀及整数小波变换优化传输及实现效率。论文首先分析了 G3-PLC的信号传输模型和OFDM的核心技术原理。针对FFT-OFDM应用于G3-PLC中的性能缺陷,在小波提升算法基本思想、小波基函数的选择进行分析研究的基础上,用LWT代替FFT,建立起LWT-OFDM系统,利用提升小波变换良好的尺度和平移正交特性,改善系统通信可靠性并降低峰均比。然后,以LWT-OFDM为核心设计G3-PLC信号传输模型和帧结构,并搭建性能分析与仿真平台。在高斯、多径及实测电力线信道环境下,从提升小波基、提升小波分解层数等方面仿真分析了通信系统的误码率和峰均比性能。通过对haar,db8,sym8和bior6.8四种不同小波基性能的对比与分析,选出适合于系统的sym8小波基。利用sym8正交小波基进行模型优化设计,提高系统可靠性,并通过整数小波变换提高传输效率。最后,利用选择性映射(Selecting Mapping,SLM)和限幅滤波的有效结合,降低系统峰均比。论文所形成的G3-PLC系统模型在实测电力线信道环境下进行了性能仿真及分析,结果表明:相比标准的基于FFT-OFDM的G3-PLC系统,在误码率为10-3量级时,性能有5dB左右提升,峰均比由11dB降低至6.5dB,通信效率由40%提高至58%,通信性能得到明显提高;整数化处理后的基于LWT-OFDM的G3-PLC系统在误码率为10-3量级时,性能虽有0.5dB的下降,但实现效率得到进一步提升。