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        對角分層空時編碼技術(shù)在電網(wǎng)的應(yīng)用研究

        2017-03-08 03:21:02蘇國凱王輝楊淼
        中國新通信 2017年1期
        關(guān)鍵詞:編碼方案碼字對角

        蘇國凱+王輝+楊淼

        【摘要】 通過對電網(wǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的調(diào)研,隨著社會的發(fā)展和全球一體化的趨勢,多媒體和高速以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,以及移動用戶量的不斷增多,無線通信系統(tǒng)的頻譜資源枯竭和信號質(zhì)量較差是面臨的主要現(xiàn)實問題。本文提出了MIMO系統(tǒng)下D-Blast編碼方案的應(yīng)用,有效的提高了頻譜的利用率和傳輸?shù)目煽啃?。首先闡述MIMO系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和該編碼方案原理,其次相對于各類編碼方案進行仿真分析,最后得出該編碼方案在電網(wǎng)有較大的應(yīng)用前景。

        【關(guān)鍵字】 對角分層空時編碼 電網(wǎng)

        一、引言

        由于電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴大,由于地域廣闊,各站點之間傳輸距離長,難免會產(chǎn)生各種各樣的干擾,因此電力通信信道是存在多徑反射和頻率選擇性衰落的特性,除了因線路損耗和多路傳輸所造成的信號失真外,噪聲是影響電力線數(shù)據(jù)可靠通信的關(guān)鍵因素。因此,空時編碼技術(shù)應(yīng)運而生??諘r編碼和多輸入多輸出技術(shù)相結(jié)合即時在不占用額外的頻譜資源的前提下,將移動無線的不利因素(多徑效應(yīng))轉(zhuǎn)換為有利因素,只針對無線通信的空中接口做一些小的技術(shù)上的改造,從而很大程度的提高系統(tǒng)的運行質(zhì)量。因此它是未來移動通信發(fā)展最具有前途的技術(shù)之一。

        二、MIMO系統(tǒng)和空時編碼技術(shù)

        2.1 MIMO系統(tǒng)簡介

        多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是無線通信革新技術(shù)。MIMO技術(shù)能在保持帶寬不變的情況下很大程度的增大無線通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。無線電波傳播的環(huán)境十分的復(fù)雜,有多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落和各種干擾源等影響因素使得無線信道高速傳輸?shù)膶崿F(xiàn)比有線信道難。然而進一步研究發(fā)現(xiàn),對于MIMO系統(tǒng)來說,可以利用多徑效應(yīng)提高無線通信的頻譜利用率。

        2.2對角分層空時編碼技術(shù)

        對角線貝爾實驗室分層時空(D-Blast)收發(fā)器是一種目的在于可能多的分集增益,同時實現(xiàn)高速率的空間復(fù)用的體系結(jié)構(gòu)。

        編碼過程如圖2-1所示。每個碼字被劃分成Mt個長度相同的部分。每個碼字形成一個斜層。每個碼字具有確定遵守靶向中斷概率相同的恒定速率。每個碼字的不同部分由不同的天線依次發(fā)送:第一個傳輸時間:X1(part1)是從第一天線傳輸,而其他的天線處于閑置狀態(tài);第二傳輸時間:X1(part2)是從第二天線傳輸,第二個代碼字的第一部分X2(part1)也是從第二天線傳輸;后續(xù)碼字的編碼類似的進行直到最后的傳輸時間。

        解碼的一般原則遵循連續(xù)干擾消除的原則。

        第一個傳輸時間:一個接收機被應(yīng)用于恢復(fù)X1(part1),最優(yōu)接收機是匹配濾波器。這種情況下對應(yīng)SIC接收機最后一層, 所有的干擾流已經(jīng)被取消了。后置處理是SNR(L2)(第二層的SNR)在這個階段沒有解碼。

        第二個傳輸時間:一個接收機被應(yīng)用于恢復(fù)X1(part2),X2(part1)被當作一個高斯干擾。這種情況下對應(yīng)SIC接收機第一層,第一層被恢復(fù)的同時其他層被當作高斯干擾。MMSE線性處理被應(yīng)用。對應(yīng)的信噪比被表示為SNR(L1)(第一層的SNR)。

        如果在發(fā)射機一端信道狀態(tài)信息已知,我們知道存在一份代碼可以實現(xiàn)這個速度。當發(fā)射機不知道CSI,但知道其統(tǒng)計數(shù)據(jù),它可以調(diào)整其傳輸速率符合目標基于通道的中斷概率分布。對于選擇傳輸速率R的D-Blast的中斷概率是:

        這也是MIMO系統(tǒng)慢衰落信道的中斷概率 (獨立同分布傳輸)。所以我們得出結(jié)論,D-Blast在MIMO慢衰落信道中獨立同分布傳輸漸近最小化的中斷概率。

        2.3 仿真分析

        為了進一步驗證對角分層空時編碼方案的可靠性,我們對各類編碼方案在相同的實驗環(huán)境下進行仿真對比分析其性能的優(yōu)劣性。

        經(jīng)分析:各空時編碼的中斷概率隨信噪比的增加呈現(xiàn)明顯下降的趨勢,系統(tǒng)可靠性明顯提高。隨著SNR數(shù)值的不斷增加,D-Blast性能明顯提升,其中斷概率明顯低于SISO系統(tǒng)和其它STBC編碼方案。所以其編碼方案可靠性以及用戶的通信質(zhì)量都較高。

        三、總結(jié)與展望

        現(xiàn)今在電力通信系統(tǒng)中還沒有應(yīng)用MIMO系統(tǒng)下的對角分層空時編碼技術(shù),該編碼技術(shù)對視頻、語音、多媒體及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃蕴峁┝擞行У乇WC,一定程度上解決了地區(qū)偏遠,信號質(zhì)量差的問題,及時、準確、有效地傳輸保護、安控、自動化、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)等電力生產(chǎn)數(shù)據(jù),最大化的保障電力安全生產(chǎn)。提高電網(wǎng)整體運行的有效性和可靠性。

        參 考 文 獻

        [1] 于笑博.無線通信系統(tǒng)中的空時編碼技術(shù)[D].北京:北京郵電大學(xué),2006.

        [2] 樓潘明.BLAST系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和檢測算法的研究[D].杭州:浙江大學(xué),2006.

        [3] Matache A, Wesel R D. Universal Trellis Codes for Diagonally Layered Space-Time Systems[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2003, 51(11):2773-2783.

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