474 浏览面向电力物联网的通信定位一体化技术研究
摘要：为了应对电力系统网络化以及智能化的发展趋势,加快推进泛在电力物联网的建设已成为我国电力系统的主要发展方向之一。电力物联网技术的出现将数以万计的通信设备和电力设备接入网络,催动了许多新业务的兴起。其中,基于位置服务的电力物联网应用,因电网对人员管理和设备管理需求的不断增长而受到了广泛关注。与此同时,正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）通信技术由于能够有效对抗信道衰减与干扰,提供多种高质量的定位参数,在通信与定位领域具有广阔的应用前景。本文以无线OFDM通信系统提供的接收信号强度指示（Received Signal Strength Indication,RSSI）和信道状态信息（Channel State Information,CSI）这两种高质量定位参数为基础,对面向电力物联网的通信定位一体化技术进行研究,具体的研究内容如下:1、参照国网无线OFDM通信标准中的物理层架构,对系统收发机的关键技术以及组帧方式进行研究,完成整体收发机仿真平台的搭建,实现OFDM信号帧的发送与接收。并对不同传输模式的数据传输速率和误码率进行了仿真分析,为后续同步与信道估计方案的设计提供相应的性能对照指标。2、根据国网无线OFDM通信系统的传输方式,设计了兼容多种工作模式的同步与信道估计方案。然后,针对传统符号同步算法的性能与系统设计目标差距较大的问题,结合物理层数据帧结构,设计了一种基于STF加扰序列的定时同步方法,消除同步检测平台。还提出一种结合前导序列的信道估计方案,减小信道估计误差,提升信道估计性能。仿真结果表明,本文设计的方案基本满足系统的设计目标与要求,可实现低信噪比下的可靠传输。3、针对多楼层室内定位问题,提出一种基于OFDM通信系统提供的RSSI与CSI混合指纹的室内定位方法。该方法以传统的遍历法为基础,在楼层判别过程中,使用RSSI指纹值进行特征匹配,筛选出匹配度最高的参考点并将其所在楼层作为楼层判别结果输出。在位置估计过程中,使用判别楼层的CSI指纹数据进行匹配定位。在保证定位精度的前提下,减少对OFDM信号发射机数量的要求,降低定位成本。4、针对传统定位方法占用通信资源过多的问题,提出一种基于指纹区分度的降维算法对CSI指纹数据进行特征提取。然后利用均值聚类思想对指纹库中的RSSI指纹和CSI指纹分别进行分类处理,减少定位阶段的匹配数据量。仿真结果表明,与使用遍历法的传统定位方法相比,本文提出的降维算法在保证定位精度的前提下,极大地降低了定位带来的通信开销,同时使定位时间缩短至原来的1/9,有效地提高了定位系统的实时性。
关键词：电力物联网;
文章目录
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 电力物联网国内外研究现状
1.2.2 室内定位技术国内外研究现状
1.3 论文主要内容及章节安排
第二章 基于OFDM的电力物联网无线通信技术原理
2.1 OFDM技术基本原理
2.2 国网无线通信系统介绍
2.2.1 无线通信系统整体架构
2.2.2 帧结构
2.2.3 前导结构
2.3 无线通信系统发射机关键技术
2.3.1 Turbo编码
2.3.2 信道交织
2.3.3 分集拷贝
2.3.4 星座映射
2.3.5 插导频
2.4 系统性能仿真与分析
2.4.1 数据传输速率分析
2.4.2 误码率性能分析
2.5 本章小结
第三章 基于前导的同步与信道估计方案设计
3.1 同步偏差对系统性能的影响
3.1.1 符号同步偏差对系统性能的影响
3.1.2 载频同步偏差对系统性能的影响
3.2 同步与信道估计方案设计
3.3 同步方案设计
3.3.1 基于延时自相关的帧同步算法
3.3.2 基于STF加扰的符号同步算法
3.3.3 基于前导的载波同步算法
3.4 信道估计方案设计
3.4.1 LS信道估计算法原理
3.4.2 基于导频训练序列的信道估计方案
3.4.3 改进的信道估计方案
3.5 系统级性能仿真与分析
3.6 本章小结
第四章 基于无线OFDM通信的多楼层室内定位算法
4.1 室内定位算法
4.1.1 基于几何的室内定位算法
4.1.2 基于指纹的室内定位算法
4.1.3 定位性能评价指标
4.2 基于位置指纹的多楼层室内定位算法
4.2.1 信道建模
4.2.2 指纹参数
4.2.3 RSSI与 CSI指纹定位性能分析
4.2.4 基于RSSI与 CSI混合指纹的多楼层室内定位算法
4.3 基于位置指纹的多楼层室内定位降维算法
4.3.1 基于指纹区分度的室内定位降维算法
4.3.2 基于均值聚类的室内定位降维算法
4.3.3 仿真结果及分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 后续研究展望
参考文献
[1]关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见[J]. 城市燃气. 2016(04)
[2]433MHz/470MHz楼内射频传输特征对比测试分析[J]. 张呈钰,王让定,傅松寅,钟家东. 数据通信. 2015(06)
[3]美国IEEE颁布多项智能电网新标准[J]. 李新捷. 中国电力. 2012(12)
[4]国家电网公布智能电网计划:三步走2020年建成[J]. 本刊编辑部. 华北电力技术. 2009(08)
