【摘要】：低壓電力線載波通信存在網絡拓撲復雜多變,通信環(huán)境惡劣等問題,導致電力線通信可靠性低,通信距離有限,限制了電力線載波通信技術的規(guī)模化發(fā)展。本文從提高電力線通信可靠性和增加通信范圍的角度出發(fā),對低壓電力線載波通信的介質訪問控制協議以及跨頻帶通信進行研究。本文首先分析了電力線通信技術的總體研究現狀,分別對窄帶通信和寬帶通信的協議與標準進行總結歸納,在比較和討論了各通信標準中介質訪問控制協議的基礎上,提出目前協議中存在的問題。其次,對低壓電力線傳輸特性進行研究,從低壓電力線網絡結構和傳輸特性兩個方面對電力線頻率衰減效應、多徑效應以及噪聲特性進行建模仿真分析,并結合相關實測數據,探討跨頻帶通信的可能性,設計一種跨頻帶通信系統(tǒng),打破傳統(tǒng)電力線載波通信技術中寬帶通信與窄帶通信的束縛。然后,研究現有的低壓電力線介質訪問控制協議,建模仿真總結各協議的優(yōu)勢與不足,在此基礎上,提出適用于大規(guī)模電力線網絡的新型介質訪問控制協議設計要求,其特點是能夠適應大規(guī)模網絡應用,在網絡規(guī)模不斷擴大的情況下,仍能保持較高的傳輸效率,保證網絡吞吐量同時能在一定程度上解決暴露終端和隱終端問題。再次,設計一種基于時間片的介質訪問控制協議,采用周期訪問機制、優(yōu)先級區(qū)分機制以及退避競爭等手段有效降低節(jié)點之間沖突概率,保證網絡的傳輸效率。利用MATLAB軟件搭建仿真模型,對現有的介質訪問協議和本文提出的新協議進行仿真對比驗證,結果表明,在大規(guī)模網絡條件下,本文提出的新型介質訪問控制協議穩(wěn)定性更強,傳輸效率更高。最后,本文設計一種基于等效復數基帶和收發(fā)端加窗的數字前端,以實現跨頻帶通信,同時設計一種基于前導序列的頻率識別方法,以實現電力線通信節(jié)點的信道認知和頻率選擇。利用OMNe T++仿真平臺搭建仿真模型,對多頻通信進行仿真驗證,仿真結果表明采用多頻通信,網絡節(jié)點接入率和接入速度明顯提高,對提高電力線載波通信可靠性具有重要意義。
[Abstract]:Low voltage power line carrier communication has many problems, such as complex network topology and bad communication environment, which leads to low reliability and limited communication distance, which limits the large-scale development of power line carrier communication technology. From the point of view of improving the reliability of power line communication and increasing the communication range, this paper studies the medium access control protocol and cross-band communication for low-voltage power line carrier communication. Firstly, this paper analyzes the general research status of power line communication technology, summarizes the protocols and standards of narrowband communication and broadband communication, and compares and discusses the media access control protocols in each communication standard. The problems existing in the present protocol are put forward. Secondly, the transmission characteristics of low voltage power line are studied. The power line frequency attenuation effect, multipath effect and noise characteristics are modeled and simulated from the aspects of low voltage power line network structure and transmission characteristics. This paper discusses the possibility of cross-band communication, designs a cross-band communication system, and breaks the shackles of broadband and narrow-band communication in traditional power line carrier communication technology. Then, the existing low-voltage power line media access control protocol is studied, and the advantages and disadvantages of each protocol are summarized by modeling and simulation. On this basis, the design requirements of a new medium access control protocol suitable for large-scale power line networks are put forward. Its characteristics are that it can adapt to large scale network applications, maintain high transmission efficiency and ensure network throughput to solve the problem of exposed terminals and hidden terminals to a certain extent while the network scale is expanding. Thirdly, a media access control protocol based on time slice is designed, which uses periodic access mechanism, priority differentiation mechanism and Backoff competition to effectively reduce the probability of conflict between nodes and ensure the transmission efficiency of the network. The simulation model is built by using MATLAB software. The simulation results show that the new media access control protocol proposed in this paper is more stable under the condition of large-scale network. Transmission efficiency is higher. Finally, a digital front end based on equivalent complex baseband and windowed transceiver is designed to realize cross-band communication, and a frequency recognition method based on leading sequence is designed. In order to realize the power line communication node channel recognition and frequency selection. OMNe T simulation platform is used to build simulation model to verify the multi-frequency communication. The simulation results show that the network node access rate and access speed are improved obviously by using multi-frequency communication. It is of great significance to improve the reliability of power line carrier communication.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN913.6

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本文編號：2242240