数字通信系统数据帧同步设计及可靠性研究

摘要:在数字通信过程中,同步系统作为一项关键的技术,起着至关重要的作用｡在正常的数据传输过程中,只有收发双方之间建立了同步才能准确地传输信息,因此要求同步信息传输的可靠性高于信号传输的可靠性｡随着信道编解码技术的提高,信道误码率的降低,对帧同步的要求也越来越高｡因为帧同步作为信道解码的前提条件,在不能识别帧同步码字的情况下,也就找不到帧的起始位置,信道解码是无法进行的,信道编解码系统也就失去了作用｡
本文首先介绍了帧同步技术的基本原理｡最大似然判决算法是在每一帧前插入一个具有良好自相关性的同步码,如巴克码等,然后接收端在比特流中的各个候选位置与同步码计算相关,将相关值最大的位置判决为同步码的位置｡根据帧同步技术的原理,本文在分析低压电力线载波通信特点的基础上,通过使用MATLAB软件仿真数字通信帧同步系统,对现有的电力线载波信道数据帧同步技术中帧同步码长度和码型方案进行分析､比较｡设计出一种电力线载波自动抄表系统的数据帧同步方案｡
本文还在理论研究的基础上对仿真数据结果进行了必要的分析,通过图表对比理论值和实际值的整体变化趋势,得出了具体码字在具体判决门限性能,能够给实际工程带来帮助｡

Synchronization system, as a key technique, is particularly important in the process of digital communication .In the normal data transmission, the information is transferred correctly only when the receiver and sender are synchronous, so the reliability of synchronization transfer information must be higher than that of signal transfer in-formation. With the improvement of channel encoding technique and the decrease of channel error-code rate, the need for frame synchronization is higher and higher. Be-cause the frame synchronization is the precondition of the channel decoding, the be-ginning place of the frame synchronization could not be found and the channel de-coding could not be progressed on the condition that the frame synchronization codeword could not be recognized, thus it is meaningless to the channel decoding system.
In this paper, the basic theory of frame synchronization technique is explained first. The maximum likelihood (ML) decoding algorithm is to insert a good dependent synchronization code before each transfer frame, such as Barker codes, and then compute the dependent of synchronization code and candidate place o bit stream in the receiving end, finally consider the biggest place as the synchronization code place. Based on the theory of frame synchronization and the characteristic of power line communication, By using MATLAB to simulate the system, and analyzing the result. Devise a system be becoming to power line communication.
In this article, the simulation result is analyzed based on the theoretical research. The just codeword and performance of the decision threshold is proposed through the changing trend by contrasting the theoretical value to the true value in the graph, and it is helpful to the practical engineering.

课题研究的目的和意义
随着我国国民经济和电力事业的迅速发展，绝大部分地区的用电已经没有了限制，一户一表制也已经基本得到了普及。为了改变传统的低效率的手工和半手工的抄表及管理方式，迫切需要建立一种能够自动采集各个用户用电信息并在必要时进行用电控制的集中抄表系统，而分布极其广泛的电力线作为数据传输媒介比较符合我国国情。原因是利用现有的电力线作为通讯信道，电力线网络覆盖面积之大，可大大节约资金投人，而且有利于电力部门的统一管理。
但是将电力线作为一种数据传输介质却存在着技术上的问题，低压电力线是用来传输工频电能的，在其结构设计上不可能考虑高频数据传输技术的特殊要求，低压电力线载波信道的信号衰减、信道阻抗、脉冲噪声以及振荡波干扰的实际情况是非常复杂的，具有很强的时变性和随机性，不利于使用作数据传输。由于电力线路的多种干扰因素，系统的发送和接收同步时钟抖动也非常大。正是由于电力线对载波信号频率具有严厉的选择性和发送、接收同步时钟的抖动，导致了电力线数据通信的种种困难和问题。
电力线载波通信使一个台区的电网成为一个广播网络。通信完成的功能包括抄表读数、控制继电器和设置电表节点。在电力线上的网络通信系统模型如果用OSI参考模型来划分，应该只包含物理层、数据链路层、网络层和应用层这四层。而本课题所研究的，是在数据链路层上的数据帧同步技术。
实际上，在现代数据通信技术领域中，数据传输的发送和接收帧同步以及信道均衡技术是核心的信道处理技术。由于发送和接收时钟的抖动以及信道对频率的选择性，信号经过信道传输后，信号的幅度和相位都将发生变化，且变化的大小与信号的频率有关。一般说来，信号频率越高，信号经过信道传输后的幅度衰减越大、相位滞后也越厉害。信道的这种频率选择性给数据通信带来极大的困扰[1 2]。(爱毕业设计网 www.2bysj.cn)
数据帧在信道发送和接收的帧同步以及信道均衡技术，就是用于消除信道的这种频率选择性的信道处理技术，不同频率的信号在经过均衡处理和数据帧同步后，可以具有大小基本一致的相位滞后与幅度衰减。因此，采用合适的信道均衡和数据帧同步技术，将是确保电力线数据通信实现和提升性能指标的关键技术。

目录
中文摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第一章 绪论 1
1.1课题来源及研究意义 1
1.2课题研究现状 2
1.3课题的研究内容 3
第二章 低压电力线信道分析 4
2.1低压电力线衰减特性 4
2.2低压电力线上的噪声 4
2.3低压电力线阻抗特性 5
第三章 帧同步技术 6
3.1常用的帧同步法 6
3.1.1起止式同步法 6
3.1.2连贯式插入法 6
3.1.2.1．巴克码 7
3.1.2.2．巴克码识别器 9
3.1.3.间隔式插入法 10
3.2.帧同步系统的性能 12
3.2.1.漏同步概率P1 12
3.2.2.假同步概率P2 13
3.2.3.同步平均建立时间ts 13
3.3.帧同步的保护 14
第四章 同步码循环相关检测技术 16
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4.1.循环自相关算法 17
4.2.循环互相关函数 17
4.3.循环互相关运算的MATLAB实现 18
第五章 帧同步技术及可靠性研究 21
5.1.同步帧性能分析 21
5.1.1.同步码组长度分析 21
5.1.2.同步码组码型分析 23
5.2.电力线帧同步设计 25
5.2.1.同步码组设计 25
5.2.2.同步判决电平 28
小结 30
谢辞 31
参考文献 32
附录 33