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准循环LDPC码编码的OFDM系统的编码设计和它的混合
迭代译码
刘斌彬，白栋，葛启宏，梅顺良
中国北京清华大学电子工程系，100084
中国北京北京大学电子学系，100871
摘要
在多径环境中，因副载波大幅度的衰减，OFDM的误码率性能严重地衰退了，因而OFDM中必须使用强力的纠错码。本文提出了一种用准循环低密度奇偶校验码（LDPC码）编码的正交频分复用（OFDM）系统，在该系统中，每个码字的冗余位都映射到一个高阶调制系。使用密度演化的方法计算其最优化度分布，而后通过循环置换矩阵建立相应的准循环LDPC码。码组混合信息传递调度在迭代译码中使用。仿真结果显示，在加性高斯白噪声环境和瑞利衰减信道环境下，该系统拥有更好的误码率性能和更快的译码收敛性。
关键词：类循环低密度奇偶校验码（LDPC码）；编码设计；迭代译码；度分布；
密度演化
引言
未来的无线系统设计目标之一是在恶劣环境中提供可靠而高速率的数据传输。，使用正交频分复用（OFDM）技术被认为是一种有发展前景的多径信道传输的解决方案。OFDM技术将频率选择性信道划分为一个窄带高斯正交子信道集。通过加入一个比信道传播延迟更长的循环前缀（CP）来消除码间干扰（ISI）。但是，在多路环境中，一些子信道会发生大幅度的衰减，导致整体的误码率取决于最弱子信道的信噪比。因此，必须在OFDM中使用强力的纠错编码。
LDPC码最早由加拉格尔在1962年开发并由麦凯和尼尔在1996年重新发现。
LDPC 码拥有很多优点，包括接近香农极限性能，并行解码，低错误等级和比turbo 码更简易的解码方法。近年来，准循环LDPC 码因为可以通过使用简单的移位寄存器实现编码而受到了更高的关注。所有这些使得我们认为准循环LDPC 码适合作为OFDM 系统的纠错码。
1.LDPC 码编码的OFDM 系统
图1中给出了一个LDPC 码编码的OFDN 系统的发送和接受结构。
在发送端，信息码流首先被LDPC 码编码，而后映射到一个调制系并分割加入不同的子载波中以生成频域符号。因为LDPC 码拥有纠正突发错误的能力，故不需要使用交织器。之后将这些符号使用快速傅立叶逆变换算法（IFFT ）转换到时域中。将循环前缀（CP ）添加到时域复基带信号之前以防止码间干扰。
在接收端，首先移除循环前缀（CP ）。在对信号进行串并转换之后，使用快速傅立叶变换算法（FFT ）将信号由时域转换到频域。由均衡器估计信道增益，然后，根据估计出的信道增益和调制模式计算出在LDPC 码解码时使用的每个码字的对数似然比（LLR ）初始值。
发送端
接收端
图1. LDPC 码编码的OFDM 系统
一般的，k 组信息位的LDPC 编码速率为R=K/N 。其中编码的N 位映射到大小为M 的调制系，此处的M 为M N 2log /中的M 。多层调制模式的使用（比如16QAM
模式，64QAM 模式和QPSK 模式）可以提高频谱利用率。在每个OFDM 符号中，所
传输的M N 2log /由计算出的 是OFDM 子信道的数量。在这个系统中，信息位被编码为系统性的准循环低LDPC 码，然后，码字的冗余字节被映射到一个比M 阶更高的M ’阶的高阶调制系。因此，更多的冗余位以更低速率的准循环LDPC 码传送到每一个OFDM 特征中，其速率为，
，从而提供了更优质的抗噪声性能。
2.混合迭代译码 2.1 置信传播译码算法
LDPC 码可以用变量节点和校验节点组成的二分图来表示。每一个代码位是一个变量节点，而每一个校验方程表示一个校验节点。如果在校验矩阵的第i 列第j 行上有一个“1”，则将边界设在变量节点i 和校验节点j 之间。一个LDPC 码集合是由度分布对（λ，ρ）或是其相应的生成函数所确定的。其生成函数为，
其中的l λ和l ρ是度为l 时边界到变量节点和到校验节点的分数，V d 和C d 是变量节点和校验节点的度的最大值。度分布对满足约束方程，
其中R 是编码速率。
LDPC 码可以使用信息传递算法来译码，其中最有力的算法是置信传播算法
（BP ）。在这种算法中，信息在变量节点个校验节点之间反复交换。令)(i m n U 为信息从变量节点n 到校验节点m 的第i 次迭代中的信息，令)(i nm V 为信息从校验节点
m 到变量节点n 的第i 次迭代中的信息，令)(i n V 为变量节点n 在第i 次迭代后的后验信息，令)0(n V 为变量节点n 从信道输出导出的初始信息。那么，信息在校验
节点处的更新可以表达为，
其中， 表示除变量节点n 以外其他变量节点连接到校验节点m 。由此，在变量节点的信息更新可以表示为，
其中 表示除校验节点m 以外其他校验节点连接到变量节点n 的， 表示校验节点连接到变量节点n 。
迭代过程会一直进行直到满足所有的校验方程或达到了最大迭代数。然后，根据最后一次迭代的变量节点的后验信息制定硬决策。
2.2 组洗牌信息传递调度
一般来说，当更多的独立信息被用于更新时，由变量节点传往校验节点的信息nm V 和由校验节点传往变量节点的信息mn U 会变的更加可靠。标准置信传播算法使用泛洪式信息传递调度。在第i 次迭代中，首先使用在第（i-1）次迭代中
得到的由变量节点传往校验节点的信息)
(i m n U 更新所有的在第i 次迭代中由校验节点传往变量节点的信息)1(-i nm V ，然后再用新得到的)(i nm V 更新所有的)(i m n U 。一些)(i nm V 值可以根据在方程（3）中计算得到的)(i m n U 值使用方程（4）计算得到，所以它们也可以用来替代方程（3）中的)1(-i nm V 来更新剩余的)(i m n U 。这意味着置信传播算法的
洗牌信息传递调度将发生变化。
在洗牌置信传播算法中，信息更新在变量节点和校验节点中同时进行。因准循环LDPC 码的译码经常需在部分并行译码器构架下实现，一个码字的N 位可以分入到G 个组中，表达为),...2,1(G g N g =。每一组中包含N/G=q 位，其中q 等于校验矩阵中循环子矩阵的大小。在组洗牌置信传播算法中，信息一组一组的更新。当变量节点g N n ∈时，方程（3）可以变形为，
同时，因为信息位映射到低阶调制系可以提供更可靠的信息，变量节点的顺序被重排，所以信息从冗余位开始更新而不是信息位。从而，冗余位总是先使用从信息位得来的更可靠的信息来更新以提高其可靠性，再应用到剩余的更新中。译码的收敛性得到了进一步的提高。
3.编码设计 3.1度分布的优化
选择适当的度分布对在不规则二部图的基础上建立LDPC 码可以使得速率极为接近香农性能。密度演化可以用来描绘在每一步译码过程中由变量节点和校验节点发送来的信息的概率密度函数的轨迹，也可以用于寻找确定信道的最优度分布对。因为码字的冗余位和信息位被映射到不同的调制系，所以节点的联系度必须被优化。
变量节点的概率密度函数计算方法如下：将OFDM 的第j 个子信道的接受符号描述为，
其中j s 是传输符号，j h 是复合信道增益，j n 是复合加性高斯白噪声。这个符号在经过理想信道均衡之后变为，
假设每一个符号运载一个名为M 的码字字节。每一个字节的对数似然比
定义为，
其中)1(k β和)0(k β表示符号所携带的字节k b 等于1或0。假设传输符号是平均分布的并使用贝叶斯规则，方程（9）可以简化为接近最优的形式，
因为
n是方差为的复合加性高斯白噪声，方程（10）中的条件概率可以表达j
为，
在QPSK调制中，
在译码分析时，假设所有为零的码字被发送，代入使方程（11）变形为，
为了得到绝对概率密度函数，将方程（13）在的概率密度函数上平均，得到，
初始信息的概率密度函数在高阶调制中可以简单地计算出来，但是其对称条件不再满足。
令为由变量节点到校验节点的信息的概率密度函数，
为校验节点到变量节点的信息的概率密度函数。假设低密度奇偶校验码是
一个消环结构。在校验节点更新时，因为方程（4）中的和都是独立随
机变量，的概率密度函数是方程（4）中所有元素的概率密度函数的卷积。这个卷积可以在傅里叶域中有效地计算出来。用F表进行傅里叶变换的操作，则程度分布函数符合方程，
因为所有为零的码字被发送，所以在第i次迭代中发送错误的概率可以通过下式计算出，
另外，校验节点更新可以递归地实现。定义核心操作为，
然后，应用方程（4）可以递归地计算出方程（3）为，
如果接受到的信息是独立的，同一分布的随机变量，则发送消息的概率密度函数可以通过有效地下式计算出，
对组洗牌置信传播算法来说，由方程（6），当变量节点g N n ∈时，若 中
n ’≤gq 且 中n ’>gq ，则 存在。为避免出现所有 和 的可
能组合的复数运算，令来自变量节点n ’≤gq 最新更新的消息的平均概率密度函数为，
类似的，令来自变量节点n ’>gq 最新更新的消息的平均概率密度函数为，
发送到校验节点m 和与其相邻度为l 的变量节点n 的信息共有1
1--l N C 种可能的
组合方式。对每一个j （j=0,1，…，l -1）来说，共有 种可能的组合方式，其中包含了当前迭代中j 条由变量节点传往校验节点最新更新的信息和以往迭代中得到的（l -1-j ）条由变量节点传往校验节点的信息。 的平均概率密度函数变形为，
代入分布度 的变换对，得到，
将方程（15）（16）（20）（21）（23）联立方程组可计算误码率，并检测低密
度奇偶校验码编码系统的噪声阀值。这里的阀值是信道噪声中最大的，使得，
从而可以发现产生最大噪声阀值的程度分布对。
表1列出了当码字的冗余位和信息位映射到16QAM调制系和QPSK调制系时，变量节点10的最大速率以2/1速率LDPC码编码时，优化的度分布对（λ，ρ）。变量节点和与其相关的码字的冗余位的联系度要高于和它的信息位的联系度。这显示了不规则LDPC码的内在特性：经过奇偶校验的字节对噪声有更好的稳定性，噪声阀值是0.8837。在不考虑调制方式时，噪声阀值计算为0.8439，等价的信噪比是0.4dB，低于优化的程度分布的等价信噪比。
表1 优化程度分布对
度分布冗余位信息位
λ2 0.11813 0.15006
λ3 0.12082 0.14198
λ4 0.00075 0.00532
λ5 0.00000 0.00000
λ6 0.00000 0.00000
λ7 0.00000 0.00000
λ8 0.00000 0.00000
λ9 0.00000 0.00000
λ10 0.26030 0.20264
ρ6 0.06346
ρ7 0.39811
ρ8 0.53843
3.2 准循环LDPC码编码结构
首先根据优化度分布建立一个好的母矩阵。在母矩阵中，“1”被置为q×q
的循环矩阵k P ，而“0”被置为q ×q 的零矩阵。在这里，k P 是循环置换的k （k=0,1，…，q-1）阶单位阵,。因此，所建立的奇偶校验矩阵保持了母矩阵的度分布。
考虑到在母矩阵中长度为l 2循环块与奇偶检验矩阵中长度为l 2的有序排列的循环排列矩阵1k P ，2k P ，3k P ，…，l k P 2是相对应的。忽略一般性的损耗，假设1k P 和2k P 有相同的行组并且“1”在1k P 的第j 行，那么，“1”在2k P 的同一行便可以确定这个“1”在2k P 的第（j+k2）列。因为2k P 和3k P 有相同的列组，“1”在3k P 的第（j+k2）列便可以确定这个“1”在3k P 的第（j+k2-k3）行。通过快循环继续这个程序r 次，1k P 中第j 行的“1”可以联系到1k P 中第
∑=--+l
i i i k r j 211)1((行的“1”。如果，
那么，检验矩阵的循环长度为lr 2。
所以，循环置换矩阵k P 的k 值可以在定义范围内任意取值。但是，当i k P 是短循环块时，Ki 的选择必须符合条件，
由此可知，短循环会降低编码性能，应从构建的奇偶校验矩阵中淘汰。
4. 仿真结果
根据表1中的度分布建立速率为1/2，长度为9216的准循环LDPC 码 。循环子矩阵的阶数q=256。淘汰奇偶校验矩阵中的循环长度l 2<8的情况。编码后将码字的冗余位映射到16QAM 调制系，将码字的信息位映射到四相相移键控调制系。相比之下，如果将一个编码字节全部映射到QPSK 调制系，则需要LDPC 码的速率达到2/3，以确保相同系统的处理能力。那么，根据理查森等人的论文中使用的度分布建立速率为2/3，长度为6912的类循环低密度奇偶校验码 。表2中列出了
重要的仿真参数。
表2 仿真参数
参数项目数值或描述
OFDM特征长度409.6μs
循环前缀长度51.2μs
FFT/IFFT点数4096
数据子信道数3076
调制模式QPSK，16QAM
信道衰弱模型Jakes模型
多普勒频移120Hz
多径数64
多径的功率衰减指数函数
多径的相位分布[0,2π）上均匀分布
图2显示了以上两种编码在加性高斯白噪声信道中的字节误码率性能和帧误码率性能。使用QPSK调制系和16QAM调制系的其性能要优于使用QPSK调制系
的。字节误码率为时，的信噪比优于 0.4dB。
图2 加性高斯白噪声信道中的字节误码率性能和帧误码率性能
图3显示了在加性高斯白噪声信道中，使用组洗牌置信传播算法和使用标准置信传播算法过程中，收敛到 所需的平均迭代数量。因为新近更新的信息直
接参与到剩余的更新中去，所以组洗牌置信传播算法的收敛速度比标准置信传播算法快。信噪比为2.0dB 时，组洗牌置信传播算法迭代数量比标准置信传播算法少43%，拥有更高的译码处理能力。
图3 加性高斯白噪声信道中的平均迭代数量
图4和图5显示了在瑞丽衰减信道中字节误码率和帧误码率性能及平均迭代数量。在瑞丽衰减信道中，1C 的性能同样要优于2C 。当字节误码率和帧误码率性能为610 时，1C 信噪比优于2C 2.0dB 。因为信道衰减效果使得信息位受到大幅度的衰减以至于无法提供可靠的信息，使得应用组洗牌置信传播算法得到的收敛速度的提高不再像图3中那样显著。但是，在信噪比为10.0dB 时，组洗牌置信传播算法的迭代数量依然比标准置信传播算法少34%。
图4 在瑞丽衰减信道中字节误码率和帧误码率性能
图5 在瑞丽衰减信道中的平均迭代数量
5. 结论
这篇论文提出了一种使用准循环LDPC码编码的OFDM用系统，在该系统中，每个码字的冗余位都映射到了一个高阶调制系中。在这里，LDPC码根据调制方式来设计，从而提高了系统的误码率性能。其译码的收敛性因应用将信息分组洗牌通过排序进行迭代译码的方法和在信息更新中安排变量节点次序的方法获得了提高。使用密度演化的方法计算优化度分布，并通过循环置换矩阵构建相应的准循环LDPC码。在加性高斯白噪声信道和瑞丽衰减信道中的仿真结果验证了系统性能
的提高。
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Advantages of Managed Code Microsoft intermediate language shares with Java byte code the idea that it is a low-level language witha simple syntax , which can be very quickly translated intonative machine code. Having this well-defined universal syntax for code has significant advantages. Platform independence First, it means that the same file containing byte code instructions can be placed on any platform; atruntime the final stage of compilation can then be easily accomplished so that the code will run on thatparticular platform. In other words, by compiling to IL we obtain platform independence for .NET, inmuch the same way as compiling to Java byte code gives Java platform independence. Performance improvement IL is actually a bit more ambitious than Java bytecode. IL is always Just-In-Time compiled (known as JIT), whereas Java byte code was ofteninterpreted. One of the disadvantages of Java was that, on execution, the process of translating from Javabyte code to native executable resulted in a loss of performance. Instead of compiling the entire application in one go (which could lead to a slow start-up time), the JITcompiler simply compiles each portion of code as it is called (just-in-time). When code has been compiled.once, the resultant native executable is stored until the application exits, so that it does not need to berecompiled the next time that portion of code is run. Microsoft argues that this process is more efficientthan compiling the entire application code at the start, because of the likelihood that large portions of anyapplication code will not actually be executed in any given run. Using the JIT compiler, such code willnever be compiled.
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汲水门大桥有限元模型的分析 By Q. W. Zhang, T. Y. P. Chang,and C. C. Chang 摘要：本文提出的有限元模型修正的汲水门大桥的实施，是位于香港的430米主跨双层斜拉桥。通过三维有限元预测和现场振动测试，对该桥的动力特性进行了研究，。在本文中，建立的有限元模型的更新，是基于实测的动态特性。一个全面的灵敏度研究证明各种结构参数（包括连接和边界条件）的影响是在其所关注的模式进行，根据一组的结构参数，然后选择调整。有限元模型的更新在一个迭代的方式以减少之间的预测和测量频率的差异。最后更新的有限元模型，使汲水门大桥能在良好的协议与所测量的固有频率状态，并可以进行更精确的动态响应预测。 简介： 汲水门大桥（图1），位于大屿山及香港湾岛之间，是世界上最长的斜拉桥，是公路交通和铁路交通两用桥梁。为确保其结构的完整性和操作安全性，桥梁已经配备了一个相当复杂的监测系统，包括仪器参数如加速度传感器，位移传感器，液位传感器，温度传感器，应变计，风速仪（Lau and Wong 1997）。由Chang 等人通过有限元预测和现场振动测量对该桥的动力特性进行了研究（2001）。三维有限元（FE）模型，它是基于非线性弹性梁元件构建的塔和甲板上的桁架单元，电缆，和弹性或刚性连接的连接和边界约束[图1（d）]。桥面，包括钢/混凝土框架结构在大跨度和梯形箱梁的中心部分的剩余部分，是使用一个单一的脊柱通过剪切中心桥面的。由于截面的非整体性，通过一个虚拟的等效单片材料来表示复合甲板。这是通过等效的整体桥面的质量和刚度性能检核的复合甲板了。由Chang证明（1998），对截面模量的计算细节可以通过改变报告发现。电缆，另一方面，使用的是线性弹性桁架单元模拟。非线性效应由于电缆张力和下垂的电缆进行线性化，采用弹性刚度等效模量的概念考虑。有限元模型包括464个梁单元，176个桁架单元，和615个节点，总共有1536个自由度。 一般的有限元建模，给出了该桥的物理和模态特性进行详细的描述，而现场振动测试则是作为（理想化的）有限元模型评估基础信息的重要来源。有限元计算结果与现场振动试验表明在自然频率合理的相关性和桥的振型。然而，在预测
毕业论文(英文翻译)排版格式
英文翻译说明 1. 英文翻译文章输成word，5号新罗马（New Times Roman）字体，1.5倍行间距，将来方便打印和一起装订；英文中的图表要重新画，禁止截图。 2. 整篇论文1.5倍行间距，打印时，用B5纸，版面上空2.5cm，下空2cm，左空2.5cm，右空2cm（左装订）。 3. 论文翻译后的摘要用五号宋体，正文小四号宋体、英文和数字用新罗马（New Times Roman）12、参考文献的内容用五号字体。图和表头用五号字体加粗并居中，图和表中的内容用五号字体。论文翻译的作者用五号字体加粗。 论文大标题………小三号黑体、加黑、居中 第二层次的题序和标题………小四号黑体、加黑、居中 第三层次的题序和标题………小四号宋体、加黑、居中 正文……………………………小四号宋体、英文用新罗马12 页码……………………………小五号居中，页码两边不加修饰符 4. 论文中参考文献严格按照下述排版。 专著格式：序号.编著者.书名[M].出版地: 出版社, 年代, 起止页码 期刊论文格式：序号.作者.论文名称[J]. 期刊名称, 年度, 卷(期): 起止页码 学位论文格式：序号.作者.学位论文名称[D]. 发表地: 学位授予单位, 年度 例子: (1).胡千庭, 邹银辉, 文光才等. 瓦斯含量法预测突出危险新技术[J]. 煤炭学报, 2007.32(3): 276-280. (2). 胡千庭. 煤与瓦斯突出的力学作用机理及应用研究[D]. 北京: 中国矿业大学(北京), 2007. (3). 程伟. 煤与瓦斯突出危险性预测及防治技术[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2003.
【英文文献及翻译】中国高速铁路China High-Speed Railway
China High-Speed Railway As the economic grow, intercity travel demand has increased dramatically in the Greater China Area. Traditional railways can hardly satisfy the passenger and freight travel demand, high speed rail is hence proposed and constructed after 1990s. This study aims to integrate current development of both rail-based and Maglev high speed trains in this area. From 1997, Taiwan kicked-off its high speed rail construction by importing the technology of Japanese Shinkansen. The Taiwan High Speed Rail is a 15-billion US dollars project. To save the cost of construction and management, the BOT model was applied. Though not totally satisfied, this project is still successful and ready to operate in the 4th quarter of 2007. China is preparing its high speed rail services by upgrading current networks. The capacity and operating speed are all increased after 5-times system upgrade. The 6th upgrade will be initiated in 2006. By then, trains will run at a speed of 200km/h in a total distance of 1,400km in 7 different routes. From the white paper published by the Ministry of Railway in China, there will be totally 8 rail-based High Speed Train services. Four of them are North-South bound, and four of them are East-West bound. 5 of the 8 High Speed Rails are now under construction, the first line will be finished in 2009, and the 2nd one will be in 2010. By 2020, there will be totally 12,000 kilometers high speed rail services in China. The 250 billion US dollars construction cost still leaves some uncertainties for all these projects. Finally, the future of the Maglev system in China is not so bright as rail-based. Shanghai airport line could be the first, also the last Maglev project in China if the approved Shanghai-Hangzhou line cannot raise enough 4.4 billion dollars to build it. Steel rail composition Steel rail is composed of iron, carbon, manganese, and silicon, and contains impurities such as phosphorous, sulphur, gases, and slag. The proportions of these substances may be altered to achieve different properties, such as increased resistance to wear on curves. The standard configuration for North American rail resembles an upside down T. The three parts of T-rail are called the base, web, and head. The flat base enabled such rail to be spiked directly to wooden crossties; later, rail was placed on the now-standard steel tie plate. While the proportions and precise shape of rail are subject to constant analysis and refinement, the basic T-section has been standard since the mid-19th century. Weight
毕业论文5000字英文文献翻译
英文翻译 英语原文： . Introducing Classes The only remaining feature we need to understand before solving our bookstore problem is how to write a data structure to represent our transaction data. In C++ we define our own data structure by defining a class. The class mechanism is one of the most important features in C++. In fact, a primary focus of the design of C++ is to make it possible to define class types that behave as naturally as the built-in types themselves. The library types that we've seen already, such as istream and ostream, are all defined as classesthat is,they are not strictly speaking part of the language. Complete understanding of the class mechanism requires mastering a lot of information. Fortunately, it is possible to use a class that someone else has written without knowing how to define a class ourselves. In this section, we'll describe a simple class that we canuse in solving our bookstore problem. We'll implement this class in the subsequent chapters as we learn more about types,expressions, statements, and functionsall of which are used in defining classes. To use a class we need to know three things: What is its name? Where is it defined? What operations does it support? For our bookstore problem, we'll assume that the class is named Sales_item and that it is defined in a header named Sales_item.h. The Sales_item Class The purpose of the Sales_item class is to store an ISBN and keep track of the number of copies sold, the revenue, and average sales price for that book. How these data are stored or computed is not our concern. To use a class, we need not know anything about how it is implemented. Instead, what we need to know is what operations the class provides. As we've seen, when we use library facilities such as IO, we must include the associated headers. Similarly, for our own classes, we must make the definitions associated with the class available to the compiler. We do so in much the same way. Typically, we put the class definition into a file. Any program that wants to use our class must include that file. Conventionally, class types are stored in a file with a name that, like the name of a program source file, has two parts: a file name and a file suffix. Usually the file name is the same as the class defined in the header. The suffix usually is .h, but some programmers use .H, .hpp, or .hxx. Compilers usually aren't picky about header file names, but IDEs sometimes are. We'll assume that our class is defined in a file named Sales_item.h. Operations on Sales_item Objects
论文英文翻译
毕业设计（论文） 英文文献翻译 电力系统 电力系统介绍 随着电力工业的增长，与用于生成和处理当今大规模电能消费的电力生产、传输、分配系统相关的经济、工程问题也随之增多。这些系统构成了一个完整的电力系统。 应该着重提到的是生成电能的工业，它与众不同之处在于其产品应按顾客要求即需即用。生成电的能源以煤、石油，或水库和湖泊中水的形式储存起来，以备将来所有需。但这并不会降低用户对发电机容量的需求。 显然，对电力系统而言服务的连续性至关重要。没有哪种服务能完全避免可能出现的失误，而系统的成本明显依赖于其稳定性。因此，必须在稳定性与成本之间找到平衡点，而最终的选择应是负载大小、特点、可能出现中断的原因、用户要求等的综合体现。然而，网络可靠性的增加是通过应用一定数量的生成单元和在发电站港湾各分区间以及在国内、国际电网传输线路中使用自动断路器得以实现的。事实上大型系统包括众多的发电站和由高容量传输线路连接的负载。这样，在不中断总体服务的前提下可以停止单个发电单元或一套输电线路的运作。
当今生成和传输电力最普遍的系统是三相系统。相对于其他交流系统而言，它具有简便、节能的优点。尤其是在特定导体间电压、传输功率、传输距离和线耗的情况下，三相系统所需铜或铝仅为单相系统的75%。三相系统另一个重要优点是三相电机比单相电机效率更高。大规模电力生产的能源有： 1.从常规燃料（煤、石油或天然气）、城市废料燃烧或核燃料应用中得到的 蒸汽； 2.水； 3.石油中的柴油动力。 其他可能的能源有太阳能、风能、潮汐能等，但没有一种超越了试点发电站阶段。 在大型蒸汽发电站中，蒸汽中的热能通过涡轮轮转换为功。涡轮必须包括安装在轴承上并封闭于汽缸中的轴或转子。转子由汽缸四周喷嘴喷射出的蒸汽流带动而平衡地转动。蒸汽流撞击轴上的叶片。中央电站采用冷凝涡轮，即蒸汽在离开涡轮后会通过一冷凝器。冷凝器通过其导管中大量冷水的循环来达到冷凝的效果，从而提高蒸汽的膨胀率、后继效率及涡轮的输出功率。而涡轮则直接与大型发电机相连。 涡轮中的蒸汽具有能动性。蒸汽进入涡轮时压力较高、体积较小，而离开时却压力较低、体积较大。 蒸汽是由锅炉中的热水生成的。普通的锅炉有燃烧燃料的炉膛燃烧时产生的热被传导至金属炉壁来生成与炉体内压力相等的蒸汽。在核电站中，蒸汽的生成是在反应堆的帮助下完成的。反应堆中受控制的铀或盥的裂变可提供使水激化所必需的热量，即反应堆代替了常规电站的蒸汽机。 水电站是利用蕴藏在消遣的能来发电的。为了将这种能转换为功，我们使用了水轮机。现代水轮机可分为两类：脉冲式和压力式（又称反应式）。前者用于重要设备，佩尔顿轮是唯一的类型；对于后者而言，弗朗西斯涡轮或其改进型被广泛采用。 在脉冲式涡轮中，整个水头在到达叶轮前都被转化为动能，因为水是通过喷嘴提供给叶轮的；而在压力式或反应式涡轮中，水通过其四周一系列引导叶版先直接导入叶片再提供给叶轮（或转子）。离开引导叶片的水有压力，并且以一部分动能、一部分压力的形式来提供能量。 对于低于10,000千伏安的发电站而言柴油机是出色的原动机。其优点是燃料成本低、预热时间短以及标准损耗低。此外，其所需冷却水量极少。柴油发电通常选择用于满足少量电力需求，如市政当局、宾馆及工厂等；医院通常备有独立的柴油发电机，以备紧急情况时使用。 通过电线来传输电能是电力系统中的一个重大问题。而从下面研修目的目的架设输电线路又是必要的： 1.将电力从水电站输送到可能很远的负载中心； 2.从蒸汽站到相对较近负载中心电力的批量供应； 3.出于内部连接目的将电能在紧急情况下从一系统转换至另一系统。 传输电压主要由经济因素决定。实际上，当距离、功率、功耗固定时，输电线路中导体的重量与传输电压成反比。因此，出于经济方面的考虑，长距离传输时电压一定要高。当然，电压超高绝缘成本也就超高，要找到最佳电压必须通过减小导体横截面积来取得绝缘成本与经济节省之间的平衡。 高压传输通常使用配以悬挂式绝缘设备的高架结构。称为路标铁塔用于负载