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38000字硕士毕业论文电力线通信系统中同步系统的研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38000字
论点:电力线,信道,噪声
论文概述:

本文介绍了电力线的特性,以及利用电力线进行载波通信的基本原理,并介绍了所在公司采用的一种基于“微包”传输技术的载波通信系统架构。

论文正文:

第一章概述

1.1可编程控制器技术应用背景
智能电网已经成为政府、企业、金融和电力行业超越传统电网发展理念的焦点。智能电表是实现电量和能量远程读取的智能设备,由智能电表组成的自动抄表系统是实现智能电网的重要环节。智能电表主要采用以下技术实现:电力线通信(PLC)技术、专用通信线路(如RS-85总线技术等)。)和无线通信技术。目前,电力线通信技术是自动抄表的主流技术。回顾近十年来我国电力线载波通信的发展,一些技术方案没有对电力线载波通信的环境进行全面的评估,也没有经过研究、分析、仿真和现场试验就投入使用。其他技术方案借鉴了国外电力线的无线通信技术方案和一些有效的电力线通信方案。因此,我国电力线信道的应用效果不佳。因此,中国可能不一定在外国电力线上应用有效的技术。电力线通信可能不适用于无线通信领域的有效技术,因此我们不能机械地复制这些技术或方案。

1.2LC传输信道特性
低压配电网的通信信道与其他通信信道相似,会给信号带来幅度衰减和相位变化。由于该信道最初用于电力传输,连接到电网的各种设备将对1号通信信道产生不利影响

1.3可编程控制器通道[的输入阻抗分析/br/]国家电网定义的智能抄表系统在低压供电网络上工作。由于低压供电网络是一种非常不稳定的传输信道介质,电力线的传输特性不太适合数据传输。具体表现为噪声突出,信号衰减非常严重。因为连接到其网络的电器类型不同,导致不同的输入阻抗。电力线信道输入阻抗的变化强度受信号频率和位置的影响,其值可以从几欧姆变化到几千欧姆。输入阻抗主要由导体的特性阻抗、电网拓扑和连接的负载决定。整个频谱的输入阻抗平均值约为100-150ω。如果频率范围低于ZMHz,输入阻抗约为30-10OQ,这显示出显著降低。因此,由于可编程控制器通道输入阻抗的变化,会导致图像不匹配,大大增加了传输损耗。

1.4信道衰减特性分析
电力线上的信号衰减趋势随着频率的增加而增加,频率越高,传输线效应越明显。PLC信道表现出很强的时变性,某一频率信号在1秒内的信道衰减变化可以达到ZOdB。信噪比可在一秒钟内达到约IOdB。信道衰减包括突变衰减和线路衰减。线路衰减是由多径传播、线路损耗和线路延迟引起的。耦合衰减是由电力线与发射和接收端之间的阻抗不匹配引起的。电力线上的信号传输不仅发生在发射机和接收机之间的直接信道中,还发生在其他传输路径中。因此,电力线信道应被视为具有频率选择性衰落的多径传输信道。指示与路径上的反射和透射系数相关的权重因子。

第二章中国主流PLC-AMR产品对比展示

目前,中国还没有统一的可编程逻辑控制器技术标准。这一方面是由于技术的不成熟,另一方面是由于未来智能电网在带宽和响应速度方面的需求不明确。这导致国内市场上近十种不兼容的可编程逻辑控制器技术方案并存。
首先,本文在实验室对中国市场主流可编程控制器产品的性能进行了评价。评价的目的是为我们产品指标的设计提供重要的参考。本章共调查、评估和测试了7个pLC产品样本。产品列表如表21所示。这7种产品覆盖了中国目前运行的97%以上的可编程序控制器-自动抄表系统,真正代表了中国可编程序控制器市场的主流产品水平。(本文用代码代替制造商的产品名称)
由于电力线通信的特殊性,220伏高压通道无法用普通设备直接测量,这使得可编程逻辑控制器产品测试非常困难。此外,在理解和比较不同的液相色谱产品方案时,也存在疑问:一方面,因为这些方案往往自称是最好的,所以它们故意掩盖其技术方案在某些方面的缺点;另一方面,目前市场上可用的可编程序控制器-自动抄表解决方案彼此不兼容。它们不仅速率不同,而且采用不同的通信调制方法,并且经常使用不同的频带。同时,它们的参考设计设备的传输功率也不同。这些因素使得过去常用的测试方法:基于一条或多条采样线的简单“开/关”传输评估实验任意且肤浅。归根结底,这是由于缺乏一个定量和一致的标准来评估液晶产品的通信性能。
为了对可编程逻辑控制器产品做出可量化且一致的客观评价,有必要设计一种科学的测试方案,排除传输功率、频带范围、传输时隙和速率等因素(虽然产品频带范围和传输时隙的因素并不是设计者完全主观的选择,但在实际电力线信道的类似高频范围内确实存在较大衰减和较小噪声的一般规律, 但是这一因素的影响也只是统计性的,既不可量化也不可控制,并且我们在该测试中仍然排除了频带和时隙的影响)。 然而,产品性能的定量指标是获得的,与功率、频带范围等因素无关,是产品性能的真实体现。为了进行这样的测试,本文建立了一个可观察和可控的实验环境。由于实际电力线信道噪声是所有外部电气设备产生的噪声的综合结果,也是不可预测和不可控的噪声源,因此有必要在实验环境中尽可能滤除外部噪声,并使用手动可控噪声源进行测试。

第三章基于“微包”传输技术..............................22-36
3.1“微包”传输技术..............................22-23基于
3.2“微包”的可编程逻辑控制器收发器系统..............................基于23-25
3.3“微包”的可编程逻辑控制器同步系统..............................25-36
3.3.1同步码调制..............................25-27 [/BR/] 3.3.2同步帧和系统信道时隙..............................27-28
3.3.3载波同步..............................28-31 [/BR/] 3.3.4同步帧同步..............................31-36
3.3.4.1同步帧位同步算法..............................31-33
3.3.4.2同步帧同步算法..............................33-36
第四章PLC系统中的同步系统仿真..............................36-59[/比尔/] 4.1首席财务官/首席财务官/初始相位偏移..............................36-43
4.2 DPLL模块模拟..............................43-50
4.3同步算法模拟..............................50-59
4.3.1位软判决..............................50-53
4.3.2同步帧位同步..............................53-55
4.3.3同步帧同步..............................55-59
第五章现场可编程门阵列原型验证系统和测试..............................59-70
5.1原型验证系统简介..............................59-60
5.2测试环境..............................60-67
5.2.1线路特性..............................60-65[/溴/] 5.2.2噪声源..............................65-67
5.3通信性能测试结果..............................67-70

结论

本文采用隔离变压器和电压滤波器对电力线噪声进行滤波。滤波前电网噪声功率谱如图5-12所示,滤波后电网噪声功率谱如图5-13所示。这里需要注意的是,电力线的噪声功率是时变的,这两个噪声功率谱是在1月23日凌晨1点左右拍摄的,这并不意味着实验系统中任何时候的噪声水平都是相同的,只是为了显示隔离变压器和功率滤波器在滤除噪声方面的效果。
针对该系统架构,详细分析了其同步部分的工作原理,然后利用仿真工具对其同步算法进行了大量仿真,最后给出了工程实现的关键参数。另外,通信系统的硬件部分在现场可编程门阵列硬件平台上实现,实际测试在实验室条件下进行,并与市场上现有的载波通信芯片进行对比测试,从而确定本文所述电力线载波通信系统的有效性和优越性。
本文描述的载波通信系统将集成到一个SoC芯片中,对中国未来智能电网的发展具有很大的实用和商业价值。