华北电力大学本科毕业设计（论文）
代末, 这是纠错码发展最为活跃的时期, 是编码理论, 特别是代数编码理论日趋成熟完整, 卷积码的编译码得到极大发展, 纠错码的实际应用问题开始受到重视, 并取得一定成果的重要阶段。这也是纠错码发展最为迅速, 成果最多的阶段。最主要的成果有门限译码、BCH码的迭代译码、卷积码的Viterbi译码算法等；自七十年代初至今, 纠错码处在发展中的第三阶段。在此期间内, 代数编码理论已成熟, 而纠错码的实用问题日益受到重视, 与实用有关的编译码方法如快速译码、软判决译码、多址信道编码以及信道模化等都得到迅速发展, 并取得了不少成果。
1.2.3纠错编码在工频通信中的应用
从国外对双向工频通信中纠错编码问题的研究来看，其理论上是使用一个(63，51)BCH双纠错码，它带嵌入校验和。当在63位块中纠错时，大约纠正的95%是单位错误，约2%是双位错误，其它3%是三位或更多位错误[14-16]。BCH码与只能纠一位差错的汉明码相比，它不仅能高效的纠正一位错误，而且还能纠正双位甚至多位错误[。但是这类BCH码只能对固定长度的信息进行检错纠错。而基于双向工频通信技术的上行下行信号为8~100字节的变长度信号，且系统网络中干扰噪声量很大，信息的随机差错和突发差错都大量存在，而且在通信中经常会出现成片的突发差错，因此仅仅纠随机差错或者纠单位和双位突发差错都是不够的，而是要求纠多个突发差错。因此用BCH码对基于双向工频通信系统不合适。RS码具有较好的检错和纠错能力，不仅能够纠正一般的随机差错，而且擅长纠正突发错误，适合对变长度信号进行纠错编码。
通信的目的是把对方不知道的信息及时可靠的传送给对方，因此，要求一个通信系统传输消息要求必须可靠、快速，然而在通信系统中可靠与快速往往不能兼得甚至是矛盾的[17-19]。若要求快速，那么信息码元波形变窄，能量减少，那么在受到噪声干扰后就比较容易产生错误，即通信可靠性降低；若要求可靠，例如采用纠错编码后，在原信息码元中引进一些监督码元，以实现自动检错和纠错。由于引入监督码元，使得原来要传送的信息占用时间变长，于是通信速率降低。在尽可能减少通信效率的影响下提高通信可靠性也是正确设计一个通信系统的关键问题之一。
1.3 论文研究内容
基于电力线双向工频通信技术传具有设备成本低的优势，为了在配电网的强噪声环境中提高通信性能，纠错编码是必须采用的技术手段。
本文研究的内容主要包括以下几部分：
1．分析了工频通信信号在配电网的调制与传输特点，在此基础上研究了能够自适应信号时域的解调方法。
2、根据工频通信信道及数据结构特点，通过仿真对比分析了汉明码、BCH码、RS码的纠错性能与编码效率，分析了三种纠错编码电网应用可行度。
6
华北电力大学本科毕业设计（论文）
3. 针对信号长度的大小分别采用了不同的RS编码。对于长度较短的数据采用RS(15,11)码和RS(31,23)码进行检错纠错，对于较长的数据采用RS(127,115)码进行检错纠错，并进行了仿真。达到了降噪要求以及传输速率的要求。
第2章 工频通信的基本原理与纠错编码应用
双向工频通信系统TWACS(Two Way Automatic Communication System),以双向工频通信技术为基础,结合差错控制技术和多路编码方案所构成的系统。
TWACS利用电网电压和电流波形的微小畸变携带信息来实现双向通信，由于低频畸变信号可以跨变压器台区直接传输，该技术有望在配电自动化等领域发挥重要作用；同时，由于电力线并非专门的通信线路，配电网的复杂结构和各类用电负荷产生的干扰噪声会造成工频通信数据的误码，因此采用纠错编码来提高工频通信性能是必备的手段。
2.1 工频通信系统原理
2.1.1 系统构成
系统由子站装置和若干个用户终端构成，实现信息的双向传输。子站装置安装在变电站内，负责向用户终端发送命令信息和接收用户终端信息， 信息的发送是通过调制变压器注入10 kV 母线上，向主变的低压配电网广播；信号的接收是通过采集10 kV 馈线出口的电流互感器中的电流信号来完成的。用户终端位于配电变压器二次低压侧的用户端， 负责接收子站命令并返回用户信息， 命令的接收和信息的发送都是在低压线路上实现的。子站装置到用户终端方向的信号定义为下行信号， 从用户终端到子站装置方向的信号定义为上行信号。由于工频调制信号可以穿透配电变压器传输，这样整个变电站范围只需1 台子站装置，安装在变电站， 接收该变电站范围内低压配电线路上所有用户终端发送的上行信号； 同样所有的用户终端可以接收该子站装置发出的下行信号。子站装置和多个用户终端组成了一点对多点的主从式通信系统，以半双工的方式进行通信。
2.1.2 工频信号的调制
7
华北电力大学本科毕业设计（论文）
工频通信信号调制是利用电压或电流波形产生微小畸变，调制信号分为上行信号和下行信号两种。从主站设备至各通信终端的的信号称为下行信号，一般是控制指令或索取信息的地址编码，由主站设备内的驱动装置通过调制变压器在电压过零附近产生畸变信号代表，通信终端通过检测电压畸变信号实现下行解调。从通信终端至主站设备的信号称为上行信号，由终端内的驱动电路通过配电变压器在电压过零附近产生电流畸变信号代表，主站设备内的上行解调装置通过传感器采集、检测来自10KV线路的电流畸变信号实现上行解调，然后管理来自各终端反映电机运行状况的各类监测数据
[20]
。
下行信号调制采用电压调制方式，调制原理电路及波形如图2-1所示，位于变电所的工频通信下行调制电路由调制变压器、可控硅和驱动器件
Rc、c组成；当发送下行信号时，
L可控硅在调制变压器低压侧电压过零前30°导通产生调制电流i'c，当调制电流过零时，晶闸管反向截止，这样调制电流i'c通过变电所主变的漏感抗L1和R1产生接近正弦波形的电压畸变信号v(t)，同时图中E代表变电所主变一次侧电源。
Rcv(t)Lci'cV（t）S畸变信号EictT（a）下行信号调制电路（b）下行调制原理波形图2-1 下行调制原理图
上行信号调制采用电流调制方式。调制原理电路和波形如图2-2，电压过零点附近，可控硅S关断一小段时间?T，此时在L上产生一个瞬时电流Ip。当Ip的值小于0时，可控硅自动断开，调制电流Ip加在电压过零区域对应的电流波形上，完成一次调制过程
[21,22]
。
LEI（t）电压波形Ip 畸变负载t调制电流畸变（a）上行信号调制电路
8
（b）上行调制原理波形
华北电力大学本科毕业设计（论文）
图2-2 上行调制原理图
2.1.3 工频调制信号的编码
由于电网环境的复杂性，利用电力线进行数字通信的比特误码率较高，在10-2～10-4 之内，甚至更高；另外信号传输速率较低，因此需要一个可靠、高效的信号编码，以提高信号的检测识别性能及抗干扰能力。
工频通信系统利用50Hz的电压或电流为载体，在电压过零点附近(通常为过零点30。左右)对电压或电流按照一定的规则进行解调。其中下行进行电压调制，以两个工频周期为一个二进制信息进行编码；上行进行电流调制，以四个周期为一个二进制信息进行编码。
下行信号采用曼彻斯特编码[23]，即以2个相邻周期的电压波形来表示一位信息，变电站的调制变压器进行叠加信号，使电压过零点附近幅值发生非常微弱的畸变，在连续的两个周期里，第一个周期电压波形过零点含有畸变调制信号表示为“1”；反之，在连续两个电压周期里，第二个周期电压过零点含有畸变调制信号则表示“0”[24]。如图2-3所示。
调制信息“1”调制信息“0”电压畸变图2-3 下行信号编码
电压畸变
上行信号采用畸变电流代表，由于电流谐波较丰富，每位上行数据信息通过连续4个周期电流波形表示， 4个相邻周期共有八个电压过零点，按照4个工频周期内包含2正2负电流畸变的原则进行数据调制。目前基本使用在1，3，6，8电压过零位置进行调制代表信息“1”，在2，4，5，7电压过零位置进行调制代表信息“0”，这样的编码方式有利于抑制2.5次工频谐波的影响[25]，如图2-4所示。
9
华北电力大学本科毕业设计（论文）
调制信息“1”电流畸变电流畸变电流畸变电流畸变调制信息“0”电流畸变电流畸变电流畸变电流畸变I
图2-4 上行信号编码
2.1.4 工频信号的解调
传统的下行信号检测是利用电压过零时刻的变化情况来进行信号检测制信号叠加在系统电压上，会使得电压过零点时刻发生微弱改变。
下行信号检测包括同步检测和数据解调两个环节。
如图2-6所示，系统电压全波整流后设置三个比较电平，电压波形在经过不同电平比较后，如式(2-1)示，可得到t1~t6的6个时间信息和负过零时间信息。
[26]
，下行调
t0t1t2t3t4t5t6t0't1't1't3't4't5't6'
图2-5 下行信号时域检测原理图
??T1?t0?t1???T2?t0?t2???T3?t0?t3???T4?t4?t0??T?t?t550????T6?t6?t0?T1?t0?t1''''''''''?T2?t0?t2?T3''?t0?t3'''?T4?t4?t0?T5?t5?t0?T6?t6?t0''' (2-1)
'在没有电网噪声的情况下，当没有调制信号时，?T??T，当有调制信号时，?T将发生变化，这样就有：
6D???Ti?1i'??Ti (2-2)
设置?为过零时间变化的阈值，当D??时，表示存在电压畸变信号，阈值的设
10
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库应用于工频通信中的纠错编码研究论文- 吴松霖(2)在线全文阅读。
相关推荐：