双向工频通信中信道编码纠错性能研究

摘 要:本文通过分析工频通信信号在油田电网的传输特性及噪声特性,仿真实现了工频通信突发干扰信道及汉明码、BCH码在该信道条件下的编码译码。通过分析信道编码后误码率与信噪比关系,得出BCH码较汉明码在相同信噪比下使得通信误码率更低,更适于油田电网的工频通信系统。

关键词:工频通信 汉明码 BCH码 误码率

中图分类号:TM734文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)11(b)-0008-01

双向工频通信系统(TWACS)是基于电力配电网络的一种通信系统。它通过电压过零附近的畸变信号来实现信息传输[1]。我国电力配电网络通信环境恶劣,因此如何提高系统通信可靠性是工频通信系统设计的关键问题之一。信道编码就是一种有效地抗干扰、提高系统可靠性的技术。本文将对汉明码、BCH码在工频通信系统中的纠错性能进行模拟仿真,通过分析比较找出一种更适合工频通信系统的纠错码。

1 工频通信信道及噪声分析

工频信道存在多种干扰源,其主要包括脉冲噪声干扰、高斯噪声干扰及50Hz谐波噪声。重工业区电网中的负载多为各类电机,还有大量的无功补偿设备、变频设备,这些装置在运行产生的干扰噪声会严重影响通信性能[2]。通过实验数据分析可得在一般情况下工频电网信道模型如图1所示。

脉冲噪声主要是在电磁干扰以及通信系统的故障和缺陷,或信号系统的电气开关和继电器改变状态时产生[3]。脉冲噪声具有瞬间、高能和覆盖频率范围广的特点,对于载波信号传输的影响相当大,会造成信号的误码率极高。高斯噪声可视为电网的背景噪声,主要由配电变压器的高压边耦合而来。谐波噪声干扰主要源于电网中的补偿电容排引起的谐振现象。以上噪声使得数据传输时易受短时脉冲干扰而产生突发差错,同时受高斯噪声干扰产生随机差错。

2 基于工频通信的纠错码matlab仿真

纠错码的本质是寻找增加冗余度的一种最有效的方法,从而在接收信息受到一定干扰的条件下仍然能够可靠地恢复原始的发送信息。为了克服传输过程中的各种各样的干扰,往往要人为的加入一些冗余度,使其具有自动检错或纠错能力。

2.1 汉明码,BCH码编码原理

汉明码是一种典型的线性分组码,即是将信息划分为k个码元为一个信息组,通过编码器变为n个码元一组,作为(n,k)线性分组码的一个码字。

BCH码属于循环码,所谓循环码即是对于一个线性分组码,将其任意一个码字的码元向右或向左循环移一位,所得的仍然是码字,则称该码为循环码。循环码是用GF(2)域上最小多项式定义的分组码,而BCH码是用GF(2m)扩域上的根定义的分组码。对于GF(q)域循环码的生成多项式个(x),若含有2t个连续幂次的根,则由g(x)生成的(n,k)循环码称为q进制BCH码。

2.2 突发信道中的纠错码实现

本文主要分析仿真目前油田电网工频通信系统中广泛使用的(15,11)汉明码、(63,51)BCH码。在Simlink中建立仿真模型[4],以一个整型信号发生器作为信号源,经过汉明码(BCH码)编码器,调制后通过加有[ones(1,150)zeros(1,50)]作为突发干扰源的高斯信道,再经过汉明码(BCH码)译码器,最后将编译码后的信号进行误码率计算,将计算结果存入workspace。再由matlab编译程序画图呈现。仿真结果如图2所示。

由图2可见,突发干扰信道中误码率随着信噪比的增加而减小,且误码率较大,误码率多集中于10-1～10-3。当信噪比小于2dB时,汉明码(15,11)、BCH码(63,51)纠错能力相差无几,随着信噪比不断增大,BCH码(63,51)要明显优于汉明码(15,11)。当SNR=4dB时,经过汉明码信道编译码后误码率已由原来的10-2.5降低到接近于10-3,BCH码编译之后误码率降低到10-4～10-5。

3 结语

目前基于双向工频通信系统的油田电网使用的有汉明码、BCH码。汉明码对于纠正一位错误是有效的,然而该系统中随机噪声及突发噪声的存在要求对码字的纠错准确度更高,因此奇偶校验码和汉明码已不能满足要求。通过本文matlab软件仿真分析可以验证出,BCH码较汉明码而言即成为工频系统中更有效的编码方法。

参考文献

[1]杨勤,丁玉龙,张焕国.TWACS——基于电力配电网络的新型通信技术[J].计算机应用,2001(11).

[2]吴湛击.现代纠错编码与调制理论及应用[M].人民邮电出版社.

[3]Sioe T. Mak,Richard L Maginnis,Power Frequency Communication on LongFeeders and HighLevels of HarmonicDistortion:IEEE Transactionson Powa Delivery,1995,4(10):1731～1736.

[4]张德丰.Matlab通信工程仿真[M].机械工业出版社.

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