長雙絞線信號傳輸?shù)难芯?pdf

1、目前數(shù)字信號的遠距離傳輸領(lǐng)域主要被光纖通信所統(tǒng)治，和電信號傳輸相比，光信號傳輸具有衰減小，無電磁干擾等優(yōu)點。但電信號的傳輸可以應(yīng)用現(xiàn)有的電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、電力網(wǎng)，比重新架設(shè)光纖節(jié)省成本；其次由于光纖的拉仲延展性差、耐高溫、耐壓不如銅質(zhì)雙絞線，在某些工業(yè)場合如石油鉆探中鉆頭和塔臺的通信等只能采用電信號來傳輸信息，因此研究電信號遠距離傳輸仍然有很重要的意義。如何提高電信號的傳輸距離和傳輸速率是電信號長線傳輸?shù)年P(guān)鍵。目前研究較多的高速電信號

2、長線傳輸技術(shù)是基于電話線的ADSL技術(shù)，另外我國也開始研究和實驗電力線上網(wǎng)的應(yīng)用。本文對長雙絞線上電信號傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)作了透徹的研究，比較分析各種調(diào)制和編碼方法，并在此基礎(chǔ)上建立一套靈活高效的實驗系統(tǒng)。 本論文是按照下面的思路來組織的：第一章建立雙絞線的模型分析長雙絞線信道的特點。本章首先分析雙絞線的模型，然后根據(jù)雙絞線雙口網(wǎng)絡(luò)模型和RLCG模型結(jié)合具體雙絞線AWG＃24、AWG＃26分析雙絞線信道的頻譜特性、脈沖響應(yīng)特性、信噪

3、比等。并根據(jù)雙絞線信道特點，分析了幾種調(diào)制方法在長雙絞線傳輸中的優(yōu)缺點和不同調(diào)制方式下的信道最大容量問題。 第二章基帶傳送的原理和基帶通信的信道容量。本章首先介紹信號的最佳接收條件包括匹配濾波器、采樣無失真條件和部分響應(yīng)系統(tǒng)，然后從信道誤碼率和傳輸效率綜合分析指出在長雙絞線基帶傳輸中怎樣選擇脈沖成形信號和系統(tǒng)的帶寬以實現(xiàn)信道的最大容量。 第三章分析了基帶通信的實現(xiàn)方法和主要技術(shù)。本章詳細分析了基帶通信中關(guān)鍵技術(shù)，主要包括

4、定時恢復(fù)和信道的均衡。除了常規(guī)的定時恢復(fù)方法外，為了解決像部分響應(yīng)信號這樣的頻譜受限信號的定時恢復(fù)問題，本章提出了采用高次非線性運算來得到定時恢復(fù)信息的方法。本章最后將定時恢復(fù)和均衡結(jié)合起來考慮，提出通過分數(shù)間隔均衡的方法來進一步消除定時誤差。 第四章分析雙絞線的載波通信方法。本章首先分析了各種數(shù)字載波調(diào)制方法，從調(diào)制信號信噪比的角度分析說明基于相位調(diào)制的方法適合作為雙絞線載波調(diào)制的方法。然后本章具體分析了雙絞線信道上QAM調(diào)制

5、的具體實現(xiàn)方法，包括上變頻、下變頻、載波恢復(fù)、定時恢復(fù)、均衡等。 第五章DMT多載波技術(shù)，DMT的三個技術(shù)難點和解決方法。本章具體先給出了DMT調(diào)制解調(diào)的實現(xiàn)過程，分析指出了符號定時和頻率估計、時域均衡、降低峰平比是實現(xiàn)DMT的技術(shù)難點。然后本章具體介紹了我們在解決這些技術(shù)難點時嘗試的方法。木章最后分析了雙絞線信道上的DMT調(diào)制達到信道最大容量的比特分配方法。 第六章雙絞線通信中的糾錯碼技術(shù)和具體實現(xiàn)。在雙絞線信道上傳輸

6、數(shù)字信號時，由于信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，所收到的數(shù)字信號不可避免地會發(fā)生錯誤。為了在已知信噪比的情況下達到一定的誤碼率指標(biāo)，首先應(yīng)采用前面章節(jié)提到的方法合理的設(shè)計基帶信號，選擇調(diào)制、解調(diào)方式，采用頻域均衡或/和時域均衡，使誤比特率盡可能的降低。但若誤比特率仍不能滿足要求，則必須采用信道編碼，即差錯控制編碼使誤碼率進一步降低，以滿足指標(biāo)要求。本章首先介紹了我們在雙絞線通信中使用的信道編碼結(jié)構(gòu)，主要包括RS編碼解碼、卷積編碼解碼

7、、交織編碼解碼。然后重點介紹了我們在FPGA中的一種新的RS編碼解碼算法實現(xiàn)，介紹了卷積碼、交織碼的實現(xiàn)原理。 第七章介紹雙絞線通信測試系統(tǒng)電路和邏輯設(shè)計。為了測試不同調(diào)制方法對雙絞線通信的影響，我們利用FPGA設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)可動態(tài)配置的電路系統(tǒng)。系統(tǒng)有兩根雙絞線輸入，兩根雙絞線輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)對雙絞線雙向通信的各種測試。因為系統(tǒng)采用FPGA為核心的嵌入式結(jié)構(gòu)，通過修改FPGA邏輯能實現(xiàn)各種通信結(jié)構(gòu)，配置靈活。FPGA內(nèi)部嵌有DS