基於集群OFDM的低功耗電力線通信收發端設計

《基於集群OFDM的低功耗電力線通信收發端設計》是依託鄭州大學，由全智擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於集群OFDM的低功耗電力線通信收發端設計
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：全智
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

智慧型電網中最佳通信方式的選擇問題是最近研究的熱點。其中一個受廣泛關注的通信技術就是電力線通信（Power Line Communications, PLC）技術。然而PLC的通信環境比較複雜，尤其是嚴重干擾數據傳輸的高脈衝噪聲。正交頻分多址（OFMDA）技術的使用被證實可明顯提升系統的抗噪聲能力，從而增強系統可靠性。但是在多用戶OFDMA 系統中，一個OFDM 符號需要占用所有的頻帶，而每個用戶可用的頻寬只有其中一部分。這樣，對每個用戶而言OFDMA的收發器成本太高。針對這一問題，本課題擬將集群正交頻分復用（Clustered-OFDM）技術引入到電力線通信的多用戶數據傳輸中，提出基於Clustered-OFDM的低運算複雜性收發端，同時也把降秩算法引入到多用戶接收端，進一步降低傳輸誤碼率和運算複雜度。並通過浮點運算和FPGA定點仿真共同評估不同算法的運算複雜性和實際可操作性。

結題摘要

智慧型電網中最佳通信方式的選擇問題是最近研究的熱點。 其中一個受廣泛關注的通信技術就是電力線通信（Power Line Communications, PLC）技術。然而 PLC 的通信環境比較複雜，尤其是嚴重干擾數據傳輸的高脈衝噪聲。正交頻分多址（OFMDA）技術的使用被證實可明顯提升系統的抗噪聲能力，從而增強系統可靠性。但是在多用戶 OFDMA 系統中，一個 OFDM 符號需要占用所有的頻帶，而每個用戶可用的頻寬只有其中一部分。這樣，對每個用戶而言OFDMA 的收發器成本太高。因此，本課題主要研究集群正交頻分復 （Clustered-OFDM） 技術的多用戶數據傳輸電力線通信系統的性能以及低複雜度高效算法二分坐標下降(Dichotomous Coordinate Descent，DCD)類算法設計與FPGA實施。研究結果主要集中在以下幾個方面：第一，程式仿真了電力線通信環境的模型，並通過提取以鄭州市作為測試點的室外電力線噪聲進行數據分析，驗證模型的有效性；第二，提出了基於 Clustered-OFDM的低運算收發端，並將其與OFDMA收發端進行了理論分析和仿真比較，數據表明在取得相同性能的情況下集群-OFDM收發端比OFDMA收/發端需要更低的運算量；第三，設計並提出了基於DCD約束和Tikhonov疊代的M-PSK 信號檢測算法(DCD-BTN-M)，仿真結果表明，DCD-BTN-M算法與MMSE算法相比較可以提供更好的檢測性能; 第四， 針對大規模用戶傳輸系統，設計了基於DCD類定點型算法FPGA架構並完成了硬體實施，數據表明該定點型算法設計與其浮點型檢測算法得到的結果一致。 以上研究結果為低功耗電力線通信收發端設計提供了更多更高效的套用方式。該項目屬於基礎研究，成果形式主要是論文發表，我們的主要工作發表在Radio Science和Circuits, Systems, and Signal Processing 等本學科領域國際權威學術刊物上，共發表論文5篇，其中SCI收錄論文2篇, EI收錄論文3篇。設計的算法獲得國家發明專利授權一項。