FCI-DCSK-NR在电力线信道下的性能分析

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.250233

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (1): 30-41.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.250233

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FCI-DCSK-NR在电力线信道下的性能分析

程桂仙¹(), 凌琴¹(), 郑才¹, 陈芳², 张全玲¹, 陈平平³

^1.贵州师范大学物理与电子科学学院，贵州贵阳 550025
^2.广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516003
^3.福州大学数字电视智能化技术国家地方联合工程研究中心，福建福州 350108

收稿日期:2025-07-15 出版日期:2026-01-10 发布日期:2025-09-01
通信作者: 凌琴 E-mail:chgx86@126.com;14786136422@163.com
作者简介:程桂仙（1986—），女，博士，副教授，主要从事人工智能、无线传感网络、电力线通信等研究。E-mail： chgx86@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(62361012);贵州省高等学校创新团队项目(黔教技［2023］064号)

Performance Analysis of FCI-DCSK-NR over Power Line Channel

CHENG Guixian¹(), LING Qin¹(), ZHENG Cai¹, CHEN Fang², ZHANG Quanling¹, CHEN Pingping³

^1.School of Physics and Electronic Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550025，Guizhou，China
^2.Huizhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co. ，Ltd. ，Huizhou 516003，Guangdong，China
^3.National-Local Joint Engineering Research Center for Intelligent Technology of Digital Television，Fuzhou University，Fuzhou 350108，Fujian，China

Received:2025-07-15 Online:2026-01-10 Published:2025-09-01
Contact: LING Qin E-mail:chgx86@126.com;14786136422@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(62361012)

摘要/Abstract

摘要：

面向电力线信道，提出一种融合降噪和全载波索引的差分混沌移位键控（FCI-DCSK-NR）调制方案。该方案将降噪与全载波索引技术集成于差分混沌键控调制（DCSK），以有效应对复杂的电力线信道环境，尤其是脉冲噪声引起的干扰。首先，该方案将除参考载波外的所有载波分为两类，即第1类激活载波和第2类激活载波。两类载波将通过索引比特进行区分，索引比特选中的载波即为第1类激活载波，剩余的载波则作为第2类激活载波。之后，第1类激活载波和第2类激活载波将分别利用混沌信号及其希尔伯特变换后的信号传输第1类和第2类调制比特。此外，该方案通过在发送端的不同时隙多次发送相同信息，并在接收端对接收信号求平均，以降低脉冲噪声的影响。该文推导了FCI-DCSK-NR方案在电力线信道下的误码率表达式，并通过蒙特卡洛模拟验证了其正确性。理论分析与仿真结果表明：所提出的方案能够有效应对电力线信道中的脉冲噪声；与传统DCSK和广义载波索引DCSK（GCI-DCSK）方案相比，该方案在误码率性能和数据速率方面均有所提升。同时，该实验方案适合引入电网企业、高校及科研院所的实训环节，以助力相关人才培养。

关键词: 电力线信道, 全载波索引, 差分混沌移位键控, 脉冲噪声, 误码率

Abstract:

A differential chaos shift keying scheme that fuses noise reduction with full carrier indexing (FCI-DCSK-NR) is proposed for power-line channels. The scheme integrates noise reduction and full-carrier index techniques into differential chaos shift keying (DCSK) modulation to effectively tackle the complex power line channel environment, especially the interference caused by impulsive noise. Firstly, in this scheme, all subcarriers except the refe-rence carrier are divided into two categories, namely Type-1 active carriers and Type-2 active carriers. The two types of carriers are distinguished via index bits; the carriers selected by the index bits serve as Type-1 active ca-rriers, while the remaining subcarriers function as Type-2 active carriers. Subsequently, Type-1 and Type-2 active carriers transmit Type-1 and Type-2 modulation bits using chaotic signals and their Hilbert-transformed signals, respectively. Moreover, identical information is transmitted in multiple distinct time slots at the transmitter, and the received replicas are averaged at the receiver to mitigate impulsive noise. A closed-form bit-error-rate (Bit error rate, BER) expression for FCI-DCSK-NR over power line channels is derived and verified by Monte-Carlo simulations. Analytical and numerical results show that the proposed scheme effectively mitigates impulse noise in power line channels. Compared to traditional DCSK and Generalized Carrier Index DCSK (GCI-DCSK) schemes, the proposed method exhibits improvements in both BER performance and data rate. Additionally, this experimental scheme is well-suited for integration into training programs of power grid companies, universities, and research institutes, contributing to the cultivation of relevant technical talent.

Key words: power line channel, full carrier indexing, differential chaos shift keying, impulsive noise, bit error rate

中图分类号:

TN911.3

程桂仙, 凌琴, 郑才, 陈芳, 张全玲, 陈平平. FCI-DCSK-NR在电力线信道下的性能分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2026, 54(1): 30-41.

CHENG Guixian, LING Qin, ZHENG Cai, CHEN Fang, ZHANG Quanling, CHEN Pingping. Performance Analysis of FCI-DCSK-NR over Power Line Channel[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2026, 54(1): 30-41.

图/表 11

图1

图2

表1

符号及其含义"

包含背景噪声和脉冲噪声的符号	含义		含义
$P I$	传输比特的总误码率	$P G$	传输比特的总误码率
$P I 1$	索引比特的误码率	$P G 1$	索引比特的误码率
$P I 2$	调制比特的误码率	$P G 2$	调制比特的误码率
$P I S$	索引比特的符号错误率	$P G S$	索引比特的符号错误率
$P I x$	第1类调制比特的误码率	$P G x$	第1类调制比特的误码率
$P I y$	第2类调制比特的误码率	$P G y$	第2类调制比特的误码率

表1

表2

发送机硬件复杂度比较"

方案	加法器数量	乘法器数量	脉冲成形滤波器数量	希尔伯特滤波器数量	调制器	其他模块
FCI-DCSK-NR	$u 2 + u 3$	$u 2 + u 3 + 1$	2	1	DCSK调制器	混沌信号生成器、噪声平均器、全载波索引选择器
GCI-DCSK	1	$u 2 + 1$	1	0	DCSK调制器	混沌信号生成器、索引选择器
NR-DCSK	0	1	1	0	DCSK调制器	混沌信号生成器、时延复制器
DCSK	1	1	1	0	DCSK调制器

表2

表3

接收机硬件复杂度比较"

方案	乘法器数量	匹配滤波器数量	希尔伯特滤波器数量	解调器	其他模块
FCI-DCSK-NR	$u 2 + u 3 + 1$	$u 2 + u 3 + 1$	1	DCSK解调器	全载波索引检测器、噪声平均器
GCI-DCSK	$u 2 + 1$	$u 2 + 1$	0	DCSK解调器	索引检测器
NR-DCSK	1	1	0	DCSK解调器	移动平均器
DCSK	1	1	0	DCSK解调器

表3

表4

频谱效率、能量效率和数据速率的比较"

方案	频谱效率	能量效率	数据速率
DCSK	$1 2 B β T c$	$1 2 E c x$	$1 β T c$
FM-DCSK	$1 2 B β T c$	$1 2 E c x$	$1 β T c$
CS-DCSK	$1 B β T c$	$1 E c x$	$2 β T c$
GCI-DCSK	$u 1 + u 2 m + 1 B β T c$	$u 1 + u 2 m + 1 E c x$	$u 1 + u 2 + 1 β T c$
FCI-DCSK-NR	$u 1 + m m + 1 B β T c$	$u 1 + m m + 1 E c x$	$u 1 + m + 1 β T c$

表4

图3

图4

图5

图6

图7

参考文献 33

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FCI-DCSK-NR在电力线信道下的性能分析

Performance Analysis of FCI-DCSK-NR over Power Line Channel

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