配电网多用户通信中的动态频谱管理

充分利用配电网的自身潜在资源，合理优化利用配电网信道的特性使配电网通信系统的整体性能达到最优是提高配电网多用，、通信系统性能的有效途径。该文定义了间时利用配电网三相电路进行通信的典型多用户矢量信道-MA、BC和IC信道。给出了矢量信道的描述模型和将其化为标量信道的方法。给出了一种以平均比特率之和最人为优化目标的矢量信道动态频谱优化分配算法。基于信道测量的归一化模型，应用该算法计算了MA、BC信道采用OFDM通信时的比特率和输入功率分配。利用三相电力线同时传输多用户信号的思想和矢量信道动态频谱分配算法为配电网多用户通信提供了一种新的解决方案。     

单相配电网多用户OFDM通信系统的频谱优化

电力线通信应用OFDM作为调制解调方式，在典型的低压电力线信道上进行多用户通信时，存在信道频谱的优化问题。本文讨论了单相配电网的多用户OFDM通信系统环境下，子信道和功率的分配问题，对原有的一种快速次优算法进行了改进，在算法中整体考虑未能满足速率要求的所有用户，同时在改变初始分配结果时更为有效的分配发射功率。仿真结果表明，在极少增加算法运行时间的情况下，改进后的算法比原算法在发射功率相同的情况下系统的整体传输速率有了较大的提高。证明改进后得算法可以更高的效率解决该系统中的频谱优化问题。     

多用户电力线通信自适应OFDM系统中的资源分配与交换优化

自适应正交频分复用(OFDM)是一种实现电力线多用户高速数据通信的技术，资源动态分配是这一技术的重要组成部分。文章针对电力线通信的限制条件，探讨了在最大总功率、各用户要求最小速率、各子载波分配最大功率和比特数的约束下，多用户在多子载波上自适应比特和功率分配的数学模型，提出一种新的速率自适应动态资源分配算法，其实现分为4个相互联系的阶段，依次是确定工作子载波、单用户资源分配、子载波和功率交换、比特交换和功率调整。在典型电力线信道环境下的仿真结果表明，该算法比已有的多用户频谱分配优化算法性能更优，能更好地满足多用户资源分配模型的目标要求。     

低压电力线通信组网性能优化方法

低压电力线载波通信介质访问控制(MAC)接入协议是影响组网性能的重要因素之一。针对低压电力线通信信道非对称性导致组网性能相对较低的问题,提出面向低压电力线通信改进人工蛛网荷载受限的改进型自适应p-坚持载波侦听多路访问(CSMA)优化方法。详叙了低压配电网物理拓扑映射为改进人工蛛网逻辑拓扑的组网过程;运用所提方法对改进人工蛛网的吞吐量、分组传输时延进行优化,即根据已知参与信道竞争的活跃节点数,动态调整接入概率,控制节点发送数据分组行为,使信道处于最佳传输状态,保证了组网性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于量子遗传算法的宽带电力线多用户通信资源分配

研究了宽带电力线通信在功率谱限制和比例公平约束条件下的资源优化分配问题,提出了基于量子遗传算法的资源分配方案.在功率谱限制条件下通过量子遗传算法进行子载波的分配,再根据总功率分配情况判断是否需要进行功率调整.利用欧洲开放电力线研究联盟(OPERA)提供的信道模型,在等比例分配和依信道分配2种不同的比例系数约束下进行了仿真实验.结果表明:所提出的方法可以提升系统的容量,也能很好地平衡多用户之间的比例公平性.与max-min算法及传统比例分配算法相比,该方法对系统的整体传输容量提升约为5%～10%.增加了频谱利用率,具有良好的比例公平性.     

融合工频通信的电力线载波路径搜索算法

对于配电网低压侧电力线通信网络而言,电力线信道具有未知性、时变性、多样性等特点,在实际应用中存在着通信可靠性较低的问题。而电力线双向工频通信系统(TWACS)具有抗干扰、抗衰减能力强的优势。目前路径搜索信令和数据传输都采用同样的技术传输。路径搜索信令通信可靠性低会严重制约路径接力算法的选择和中继接力的效果。对此,文中在阐述低压配电网电力线载波通信网络拓扑和特征的基础上,提出了一种融合TWACS的电力线载波路径搜索算法。对初始路由表进行优化、参数分析及对比分析,来说明该算法的有效性及优越性。同时,分析了路径搜索算法的抗毁性。从理论上深入归纳、分析和总结了该算法的建模理论。结果表明算法在提高有效性和可靠性等方面优势明显,能够更好地满足配电网中电力线中继传输需求。     

基于改进随机森林的电力线通信优化算法研究

针对传统信道估计技术会占用频谱资源的缺陷,提出了一种基于改进随机森林的解映射优化算法。首先针对信源数据固有的不平衡性引入了改进SMOTE算法进行预处理,基于电力线信道特性确定了少数类数据的合成规则,并以解映射模块的子区间误码率作为评价指标进行性能分析。搭建了宽带电力线通信系统模型,以实际电表数据作为信源数据,在500 m的18径电力线信道模型下进行了仿真测试。实验结果表明,所提算法可以很好地弥补电表数据固有的不平衡性对随机森林性能的影响,极大地降低了子区间误码率的波动性。在各种信噪比环境下,引入改进随机森林算法均可以很好地优化解映射模块性能,提高宽带电力线通信质量,降低误码率。     

一种基于改进VPGA优化Elman神经网络的电力线通信数据处理算法

为了提高宽带电力线通信系统的通信质量,基于宽带电力线通信系统的基本原理,构建了宽带电力线通信系统的仿真模型。以广东云浮某小区用户电表的实际采集数据作为原始数据,在500 m的四径信道模型下,分别引入了BP神经网络和Elman神经网络进行了通信质量的仿真测试。针对神经网络算法普遍存在的抗噪声性能差的缺点,提出一种基于改进VPGA优化的Elman神经网络用于电力线通信系统解映射模块的数据处理,并进行了仿真测试。实验结果表明,该算法不占用宝贵的频谱资源且实现方便,并且除去信号被噪声淹没等极端恶劣的信道环境以外,均可以显著提高宽带电力线通信系统的通信质量,降低误码率。     

低压电力线通信网络特性模型与组网算法

由于低压电力线载波通信网络具有物理拓扑复杂和电力线信道时变的特征，在实际应用中存在着通信可靠性较低的问题。为了提高低压配电网电力线载波通信系统可靠性，在总结前人提高电力线通信可靠性的研究基础上，分析电力线通信网络的拓扑结构和组网模型，并提出组网的优化目标函数；进而提出一种基于信道状态和服务需求的电力线通信组网算法。分析了网络拓扑结构，信道特性和通信误码率、传输延时之间的关系，并提出估算方法。仿真试验结果表明，所提算法可根据信道和通信链路的动态变化以及不同的服务需求而动态地建立并优化电力线通信网络路由，保证通信网络的有效性，为后续的工程应用提供参考。     

基于正交频分复用的电力载波宽带远动通信系统

论述了基于正交频分复用（OFDM）的电力载波宽带远动通信系统,提出将OFDM调制技术运用于10kV配电网电力线载波通信中,可以达到1Mbps以上的数据通信速率,满足中压配电网宽带远动通信高可靠性需要。分析了基于OFDM的电力载波宽带远动通信系统关键技术,相比传统的电力线载波通信技术而言,它可以提供更高的频谱利用率、更快的通信速率、更好的抗信道衰落性能以及更高的可靠性。     

考虑功率谱限制的电力线通信比特分配算法

为了减小电力线通信的电磁干扰，提高通信系统的服务质量，提出一种功率谱限制条件下的比特分配算法。该算法将复杂的非线性优化问题根据不同的优化约束条件，分解为三个求解阶段。在分析最优分配条件的基础上，利用贪婪法原理设计分配算法，从而降低了算法的运算量。为了进一步提高算法的运算速度，在分析比特分配损失上限的基础上，提出一种快速的次优分配算法。相比于已有算法，该算法在保证系统通信性能的同时，提高了运算速度。在典型电力线信道环境下的仿真分析表明，该算法适合于功率谱限制条件下的高速电力线通信。     

Link-Adaptive Physical Layer for Indoor Broadband Power-Line Communications

Increasing interest in smart home automation systems or home networks has driven the use of low-voltage power lines as a high-speed data channel. Since this type of power line is not designed for communication purposes, the channel exhibits unfavorable transmission properties. In this paper, a novel orthogonal frequency-division multiplexing-based physical-layer architecture for indoor broadband power-line communications is proposed. For the design of the layer, a new constellation for bit-mapping (or modulation) is introduced to increase the transmission rate over a sudden phase-shift-prone channel. In addition, a simple bit-loading scheme is adopted and a new preamble for a packet-based power-line communication system is proposed. The proposed layer is implemented as a type of testbed, and is field-tested in labs and in residential homes. The test results demonstrate that the proposed system has good channel adaptivity and achieves high transmission rates.      

多导体电力电缆载波通信中的频谱优化方法

使用多导体电力电缆的高速数据传输面临严重的信号串扰问题。该文通过测量实际的电力电缆的串扰参数，分析了多导体电缆的串扰规律。为了提高数据传输速率，深入研究了多导体电缆数据传输的频谱优化问题。首先，讨论了采用拉格朗日乘子求解带串扰项的频谱优化方法。然后，针对该方法的局限性，提出通过对传输信号进行线性变换，实现信道解耦，进而将复杂的优化问题分解为多个简单的优化问题。在信号功率限制的条件下，对算法的应用范围进行了推广。仿真分析表明，结合信道解耦的频谱优化方法显著提高了多导体电缆的数据传输率，有效地克服了信号串扰对高速电力线通信系统的影响。     

An analog spread-spectrum interface for power-line data communication in home networking

Communication using power line as a medium of signal transmission offers a convenient and inexpensive solution for multimedia signal transmission and control applications in smart home networking. This work presents a novel analog spread-spectrum (SS) scheme for physical-layer interface in home networking. The proposed communication scheme uses a chaotic system to modulate the information signal for wideband transmission. The wideband spectral property of the transmitted chaotic signal adds robustness to the proposed scheme against the hostile power-line environment that is characterized by non-Gaussian noise and multipath propagation. By exploiting the ergodic property of chaotic signals, a simple noncoherent receiver is developed here. Not only does the proposed analog scheme demonstrate satisfactory communication performance, but it can also be implemented with simple hardware and low manufacturing cost, which is an important consideration for cost-effective home networking. The proposed noncoherent SS system does not involve quantization and complex synchronization process and, hence, it is more efficient in transmitting analog multimedia signals compared to the conventional SS system. Performance analyses illustrate the superior communication performance of the proposed analog SS system over the conventional SS scheme for multimedia signal transmission in a power-line home networking environment.     

Adaptive Robust Turbo Equalization for Power-Line Communications

Data communication over power lines requires advanced signal-processing techniques to cope with time-varying intersymbol interference and severe impulsive noise. A further challenge comes from strict regulatory constraints that stipulate low transmission power. In this paper, we propose an adaptive robust turbo equalizer for single-carrier coded systems. The turbo equalizer has a component equalizer to deal with the deep frequency notches present in power-line channels. The component equalizer exchanges extrinsic information with a component decoder to perform iterative detection. To facilitate adaptive equalization in time-varying power-line channels, a simple system identification-based channel estimator is incorporated. Most important, a nonlinear-matched myriad filter (MMyF) is used for efficient baseband filtering in impulsive channels. The results show that the MMyF is indispensable for the turbo equalizer to achieve reliable channel estimation and data detection in impulsive power lines. Substantial performance improvements over the conventional scheme designed for Gaussian channels are observed.     

Baseband transceiver design of a 128-kbps power-line modem forhousehold applications

Communication using power line as a medium provides a convenient and inexpensive way for data transmission and control signaling in the households. In this paper, we introduce a power-line channel model as well as architecture of a spread-spectrum baseband transceiver integrated circuit (IC) for a power-line modem. The modulation and spreading scheme used in the proposed transceiver is M-ary bi-orthogonal keying (MBOK). This transceiver runs at a chipping rate of 256 kHz and provides 128-kbps data rate. Simulation results as well as FPGA emulation verify the effectiveness of the proposed architecture for household data communication