基于变步长匹配追踪的G3-PLC系统信道估计算法

为合理利用电力线信道的稀疏特性,提高G3-PLC系统通信的可靠性,基于压缩感知(compressed sensing,CS)理论,提出一种稀疏度自适应的变步长前向后向匹配追踪(sparsity adaptive variable step size forward-backward pursuit,SA-VSSFBP)算法。该算法在前向后向匹配追踪算法(forward-backward pursuit,FBP)的基础上引入变步长自适应的思想,于迭代初期选择大步长以减小迭代次数,迭代后期使用小步长获得精确估计。同时利用原子匹配度测试进行稀疏度预估计,确保逼近真实稀疏度的前提下,加快迭代速度,减少算法运行的时间。仿真实验结果表明,对比传统的信道估计方式,压缩感知信道估计方式具有更优越的性能,且相较于正交匹配追踪算法(orthogonal matching pursuit,OMP)与FBP的压缩感知信道估计算法,文章提出的算法能够在保证精度与步长为1的FBP相当的情况下算法效率分别能够提升24.14%和47.2%。

循环平稳理论在G3-PLC信号处理中应用

针对恶劣环境下复杂的电力线信道上通信可靠性难以保证的问题,提出了基于循环平稳理论的G3-PLC信号处理方法。该方法能实现低信噪比下的通信可靠性优化,同时联合RS编码进一步降低误码率。仿真结果表明,误码率为10^-3时,本文算法相较于未滤波有5 dB性能提升相,较于维纳滤波有3 dB性能提升;与RS编码结合,有18 dB性能提升,大幅提高了低信噪比下G3-PLC系统的可靠性。

电力线载波通信标准 PRIME 和 G3- PLC 的研究

电力线载波(PLC)通信是电力系统特有的基本通信方式。通过对当今世界上基于OFDM的两种载波通信标准PRIME和G3-PLC进行研究,主要分析了二者物理层的处理过程,并比较了其异同点,进而对两个标准的通信性能进行了对比。最后,对符合两个标准的载波方案进行了实际测试,并得出了实验结果。对不同电力线环境下载波标准的选取具有一定的参考意义。

G3-PLC技术在智能建筑中的应用

考虑到家庭/建筑环境通讯使用的窄带载波技术在通讯中还存在一些瓶颈,例如噪声干扰、配电网结构等,本文提出了一种网络融合架构,通过基于以太网的网络集成来提高窄带电力通信线(PLC)G3-PLC技术的性能,同时分析了G3-PLC设备中实现的CSMA/CA协议的行为。通过TDMA方案解决了性能随着网络节点数量的增加而下降的问题,最终使网络性能得到了进一步的提高。

基于LDPC的改进G3-PLC物理层规范模型

为了提高电力线通信的可靠性,对G3-PLC物理层规范进行了改进,给出了一种基于LDPC编码/译码的G3-PLC模型。改进模型将G3-PLC物理层规范中的RS编码/译码功能模块分别替换为LDPC编码/译码功能模块。结合G3-PLC物理层规范,实现了面向该规范的LDPC编码与译码功能。在Simulink环境分别建立了G3-PLC物理层规范模型和改进的物理层规范模型,分析验证了所提改进模型的有效性。改进模型为LDPC应用于基于G3-PLC规范的系统设计提供了一定参考。

G3-PLC系统压缩感知信道估计的LS-SAMP算法

为了提高G3-PLC系统可靠性,引入压缩感知(Compressed Sensing,CS)的信道估计方法,提出了一种基于最小二乘(Least Squares,LS)的稀疏度预测自适应匹配追踪(LS Based Prediction-Sparsity Adaptive Matching Pursuit,LS-SAMP)算法。该算法在稀疏度自适应匹配追踪(Sparsity Adaptive Matching Pursuit,SAMP)算法的基础上,采用了基于LS的稀疏度预测方法对信道稀疏度进行预估计,使算法可以快速逼近信道的真实稀疏度,提高算法运行效率;其次利用主成分分析方法对观测矩阵进行线性优化,降低观测矩阵相干度,提高算法的重构性能。实验结果表明,在误码率为10-3时,所提算法相对于LS算法的信道估计性能有1 dB的提升,且其运行效率比SAMP算法提升了31.23%,以更有效的方式提高了G3-PLC系统的可靠性。

基于G3-PLC及OFDM的矿用动力载波发射系统的设计

为了进一步降低采煤机监控系统数据传输至顺槽的误码率,提高数据传输效率,提出了一种基于G3-PLC(G3电力线通信)协议的OFDM(正交频分多路)调制技术的矿用动力载波发射机系统。该系统采用自适应波特率的CAN总线接口,通过采煤机动力电缆使用OFDM调制技术进行载波通信,使得系统的抗干扰性能明显提高,传输速率可达到33.79 kbit/s。与传统的FSK、扩频调相等调制方式相比,OFDM技术特有的抗多径衰落、频谱利用率高等特点,明显提升了数据传输速率和效率。同时,该设计还保留了RS485通信接口,提升了系统的兼容性,因此具备一定的理论价值和实际应用意义。

应用于G3-PLC的帧同步算法的设计与实现

G3-PLC系统子载波数量较多导致前导符号的时域采样点较多,传统的基于互相关的同步算法应用于该系统时由于运算量过大而变得难以实现。文中根据G3-PLC前导序列的特点,提出了一种同步算法,以较小的性能损失为代价,将运算量降低两个数量级。该算法在FPGA中得到了实现。

基于嵌入式平台的G3-PLC系统设计与性能优化

G3-PLC是专为智能电网通信设计的电力载波通信标准。由于电力线信道环境恶劣,低信噪比时,G3-PLC通信可靠性难以保证。同时,因前向纠错结构复杂,核心技术正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)运算量大,实现效率较低。针对上述问题,基于嵌入式平台对G3-PLC进行优化,提出RS编码、卷积码、时频联合分段重构编码及循环维纳滤波联合应用的方法来优化系统可靠性,基于状态转移的方法实现OFDM符号准确同步,通过定点化FFT及合理的帧结构设计优化效率。设计的优化方法基于嵌入式平台进行实现及测试,结果表明,在信噪比为-11 dB时,可达10^-4以下的误码率,系统工作稳定,实现效率得到大幅提升。

基于G3-PLC的RS译码器的设计与实现

针对G3-PLC物理层信道编码的要求,设计了一种RS译码器。为了解决译码过程中有限域乘法器存在的连线复杂、运算速度慢等问题,设计了一种查表运算。采用该查表运算可以快速实现有限域的乘法运算,并且可以简化Berlekamp-Massey(BM)迭代过程中的求逆运算,使得用传统的BM迭代就可以高效地实现RS译码。结合FPGA平台,利用Verilog硬件描述语言和Vivado软件对译码器进行设计与实现。时序仿真结果与综合结果表明,该译码器资源占用率低,能够在100 MHz系统时钟下进行有效译码。

G3-PLC中MAC层动态信任评价机制研究

G3-PLC是目前应用最为广泛的电力线通信标准协议之一,适用于智能电网的抄表、监测等传输数据速度要求不高的场合。为保障G3标准下电力线载波通信安全,以无线通信安全技术标准为依据,在媒体接入控制(MAC)层已有的MAC通信层和6LoWPAN安全认证层的基础上增加MAC感知子层,并建立动态信任评价机制模型,实现对用户频谱资源的合理分配。该信任机制基于客户端用户行为进行评价,利用强化学习方法,采用信任值升降作为奖惩制度,以信任值为判据实现服务端对客户端频谱资源的分配,确保每个感知用户在通信过程中与信誉高的节点融合并降低恶意用户的信任值,从而进行正确频谱感知,抑制分配不信任用户频谱资源,最终将不信任用户剔除出整个网络。

G3-PLC Keepalive网络维护机制设计

电力线载波通信技术是构建智能电网的重要手段,作为国际公认的技术标准,现有的G3-PLC标准并未规定具体的网络维护方法。该文提出了一种新型Keepalive网络维护机制,该机制同时考虑时效性和可靠性,在保证路由重启后表端能及时入网的基础上,确保了单次未能重入网模块能在较短时间内恢复正常工作状态。该机制在正常工作状态亦可进行网络维护,可协助路由端确认拓扑状态、掌握相位讯息,在链路失效时加速表端确认速度。该机制已通过Vango V63xx+V6000平台确认可行性,对于提高G3-PLC电力线载波通信网络稳定性有一定的实用意义。

智能电网应用中的PLC技术

智能电网已成为研究关注的热点、并代表未来电网的发展方向,信息与通信技术是其关键的促成因素,其中电力线通信(PLC)技术正发挥着愈来愈重要的作用。结合智能电网应用特点、以及近年来正交频分复用调制解调策略(OFDM)的发展,分析和阐述基于OFDM的高速窄带PLC技术,即PRIME与G3 PLC技术,包括其物理层与媒介访问控制层;同时考虑到PRIME与G3 PLC在互操作性方面的不足,论述了下一代新型窄带电力线通信技术G.hnem,包括其物理层G.9955与数据链路层G.9956;最后,总结得出相关结论。

G3标准电力线通信路由算法分析与改进

针对G3标准电力线通信(G3-PLC)中6loWPAN Ad hoc距离矢量路由协议(LOAD)的路由发现的缺点,提出了基于邻居覆盖的概率重播路由发现算法。为了有效利用节点的邻居覆盖信息,提出了一种新的重播时延来决定重播RREQ的顺序,定义了路由代价用以指示链路质量。通过结合邻居覆盖信息与路由代价获得重播概率来决定是否重播RREQ消息。理论分析与仿真表明,该算法有效地减少了路由发现频率,提高了路由性能。

基于G蛋白偶联—PLC—IP3信号途径探讨湿阻脾胃证模型ICC Ca^(2+)调节机制及平胃散干预作用

目的探讨平胃散如何影响湿阻脾胃证模型ICC内、外Ca^(2+)浓度及G蛋白偶联—PLC—IP3信号途径,并揭示平胃散调节胃肠运动的作用机制。方法用湿阻脾胃证模型动物血清建立"湿阻脾胃证ICC模型"。动物血清的制备:采用本实验室建立的湿阻脾胃证动物模型方法造模,造模20天后,分别取正常组动物血清,湿阻模型组动物血清,给药组动物血清及自然恢复组血清。用Ⅱ胶原酶消化法体外培养小鼠小肠ICC,经形态学观察和免疫荧光学鉴定成功后,通过细胞造模后血清给药,观察细胞内PLC活性,IP3、IP3R含量以及细胞内、外Ca^(2+)浓度变化。结果与正常组比较,模型组细胞内、外Ca^(2+)浓度水平均降低(P<0.05),PLC活性升高(P<0.05),IP3含量无显著性差异,IP3R含量降低(P<0.05);与正常组比较,自然恢复组细胞内、外Ca^(2+)浓度水平均无显著性差异,PLC活性升高(P<0.05),IP3含量无显著性差异,IP3R含量升高(P<0.05);与模型组比较,自然恢复组细胞内、外Ca^(2+)浓度水平均升高(P<0.05),PLC活性升高(P<0.05),IP3含量无显著性差异,IP3R含量升高;平胃散组细胞内、外Ca^(2+)浓度水平均升高(P<0.05),PLC活性大幅升高(P<0.05),IP3含量升高(P<0.05),IP3R含量升高(P<0.05)。结论平胃散可能是通过影响G蛋白—PLC—IP3信号途径,使ICC细胞内Ca^(2+)浓度周期性震荡恢复,产生起搏电位,而起到调节胃肠运动。

OFDM低压电力线通信系统的符号同步及其FPGA实现

为采用FGPA技术可靠实现基于G3-PLC协议的OFDM电力线通信系统的符号同步,推导了符号同步偏差对G3-PLC系统性能的影响。针对传统符号同步算法存在的算法复杂、FPGA实现困难等缺点,根据G3-PLC系统的帧结构,提出了基于训练序列的新的符号同步算法。仿真结果和FGPA实现效果表明,该算法不仅能够有效地实现G3-PLC系统的符号同步,而且运算量小,硬件资源消耗少。

窄带G3-PLC技术及其在AMI中应用探讨

随着智能电网技术的发展,传统的NB-PLC技术已经不能满足其不断增长的网络数据量和对安全性以及数据传输可靠性的要求,具有更高速率、更加强健、更加安全的NB-PLC技术必将成为未来发展的趋势。G3-PLC技术是新一代NB-PLC技术规范,规范定义了强健的物理层和基于IEEE 802.15.4的MAC层以及网络层、传输层和基于COSEM的应用层,是一个面向现在和未来的开放性NB-PLC规范。在对规范作了简要介绍基础上,探讨了该技术在智能电网AMI中的应用前景和方案。

一种裕量最大的高速载波比特功率分配算法

在国家电网公司Q/GDW 1379.4-2013技术规范对智能电能表载波通信单元功率消耗的限定要求下,为保障低压远程电力集抄台区本地通信链路的传输速率稳定可靠,给智能用电实时交互平台提供带宽支持,提出了一种裕量最大的高速载波比特功率分配算法。该算法以兼并窄带载波和宽带载波优势的G3-PLC技术为应用对象,使用约束注水法限定各子载波的传输比特数,根据时变的电力信道增益自适应调整比特功率分配方案,并响应通信服务质量QoS对系统误码率和目标传输速率的要求,结合信噪比门限算法对约束注水法进行界定和优化,得到了功率裕量最大化的表达式;仿真结果表明:提出的算法优于低反馈开销算法,能够适应低压电力线信道;在系统目标传输速率为200kbps时,达到了最大裕量值20,极大程度地降低了通信单元调制解调芯片实际的功率消耗。

配用电网最后一千米通信的综合解决方案

配用电网最后一千米主要指0.4 k V及用户室内部分。为了给配用电网最后一千米低压集中抄表业务提供稳定、可靠的通信通道,文章提出一种基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制方式的新一代载波技术通信方案,并无缝接入10 k V配网自动化的通信接入网,形成了智能配用电网最后一千米通信的综合解决方案。重点介绍了G3-PLC标准的性能特点,并通过仿真分析该标准下的综合通信解决方案的业务轮询时间。结果表明,综合通信解决方案能很好地满足低压集中抄表业务的通信需求。

高速窄带电力线通信标准的发展和比较

随着智能电网技术的发展,传统的窄带电力线载波技术已不能满足其日益发展对通信技术的一系列要求,而高速电力线窄带通信技术的发展则为其在智能电网建设带来了新的活力。本文简单在介绍了电力线技术的发展趋势和相关标准后,着重对当前国外的主要高速电力线窄带标准-PRIME标准和G3-PLC标准及ITU-TG.hnem标准进行了分析和对比,并就高速电力线窄带标准在智能电网中的应用做了相关讨论。