基于電力線通信的干擾分析及理想信道模型的設(shè)計

賈俊芬

（國網(wǎng)甘肅省電力公司臨夏供電公司，臨夏 731100）

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基于電力線通信的干擾分析及理想信道模型的設(shè)計

賈俊芬

（國網(wǎng)甘肅省電力公司臨夏供電公司，臨夏 731100）

摘要：本文主要研究了在電力線通信系統(tǒng)信道中的強(qiáng)干擾現(xiàn)象，并介紹了一種基于低壓電力線的理想通信模型。

關(guān)鍵詞：電力線網(wǎng)絡(luò)；信道；噪聲干擾；時變衰減

1 引言

作為一種的新型通信技術(shù)，基于電力線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)，具有極高的應(yīng)用價值［1］，主要原因是實現(xiàn)成本低、傳輸速率高、在線時間長和應(yīng)用范圍廣的特點［2］。在不影響電力線網(wǎng)絡(luò)的基本功能——傳輸電能的基礎(chǔ)上，如何有效的利用電力線網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行信號傳輸值得進(jìn)行深入研究［3］。就目前為止，美國、英國、德國和加拿大等國家的電力線通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實用階段，取得了極大的成果［4］。但是，電力線通信技術(shù)在實用階段仍然存在一些問題：首先是電力線網(wǎng)絡(luò)具有不規(guī)則性的特點，所以在數(shù)據(jù)傳輸時會受到各種電力信號的干擾，這會嚴(yán)重影響信號的遠(yuǎn)距離傳輸［5］。其次是電力線通信中的信號質(zhì)量與傳輸距離聯(lián)系緊密，而用戶的需求具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，所以信號質(zhì)量經(jīng)常難以保證［6］。最重要的是電力線網(wǎng)絡(luò)的根本功能是保證電能的傳輸，所以電力線通信絕對不能影響電能的正常傳輸，所以存在很多的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵問題需要解決［7］。

本文重點研究了電力線信道的一些主要特性，包括噪聲干擾和時變衰減對信道的影響。同時設(shè)計了基于低壓電力線的理想信道模型。本文的研究內(nèi)容對于電力線載波在實際中的應(yīng)用具有重大的意義。

2 電力線信道特性

2.1 電力線信道中的噪聲

一般來說，根據(jù)噪聲干擾的性質(zhì)不同，常見的電力線信道噪聲干擾可以分為以下四種：

2.1.1 交直流背景噪聲干擾

通常來說，交直流背景噪聲是一般由于交直流電機(jī)在工作時，交流電和直流電各自產(chǎn)生的電磁干擾互相影響的所帶來的。這種噪聲的功率一般較小，分布滿足高斯分布。對于這種噪聲，我們可以通過如下的框圖取得，這樣我們就可以通過取得的交直流背景噪聲來對這種現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步研究。圖1為電力線信道噪聲框圖。

圖1　背景噪聲生成框圖

在此框圖中，噪聲整形濾波單元的系統(tǒng)函數(shù)由下式?jīng)Q定

式中，B（Z）為移動的平均值；A（Z）為自動回歸值。

2.1.2 隨機(jī)脈沖干擾

閃電等自然現(xiàn)象和負(fù)載開關(guān)的操作是產(chǎn)生隨機(jī)脈沖干擾的主要原因，這種隨機(jī)的脈沖干擾是電力線載波通信中非常嚴(yán)重的干擾源，這種干擾的有害程度主要決定于脈沖的強(qiáng)度，脈沖周期及脈沖發(fā)生的頻率，這種脈沖干擾的強(qiáng)度往往要比背景噪聲干擾大許多，大約要強(qiáng)出10到40分貝。脈沖干擾的強(qiáng)度和脈沖干擾源與信號發(fā)送設(shè)備或信號接收設(shè)備之間的距離決定脈沖干擾的影響。脈沖干擾是一種隨機(jī)過程，我們可以用隨機(jī)信號來表征它的特征。如果用馬爾可夫鏈對脈沖寬度和脈沖頻率進(jìn)行仿真，則脈沖周期大于某個時間周期t的概率p為

式中，gn+1,i表示從某個有脈沖發(fā)生的狀態(tài)向臨界狀態(tài)n+1過渡的轉(zhuǎn)移概率，gii表示某個狀態(tài)不發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率。

2.1.3 異步脈沖噪聲

異步脈沖噪聲曾經(jīng)被以為是危害較小的一種噪聲干擾，但是隨著大量的保護(hù)開關(guān)的使用，這種噪聲的干擾對電力線通信的影響變得非常嚴(yán)重，甚至被認(rèn)為是現(xiàn)階段最難處理的一種干擾。

2.1.4 周期性噪聲

通常分為兩種，周期性同步噪聲是由電壓引起的晶閘管整流作用引起。周期性異步噪聲一般由顯示終端產(chǎn)生，如顯示器、電視機(jī)等。這兩種周期性噪聲都是很小的。

2.2 信道中的時變衰減

信道中的時變衰減常被分為耦合衰減和線路衰減。耦合衰減的產(chǎn)生原因是由于耦合器繞組阻抗不為零造成的分壓現(xiàn)象，隨著科技發(fā)展，耦合器繞組阻抗已經(jīng)越來越小，這種衰減的問題已基本解決。線路衰減的主要原因是由于線路阻抗不為零造成的線路損耗，線路衰減的大小與通信距離成正比。這兩種時變衰減在不同的壞境和不同時間時都有可能發(fā)生變化，具有不可控性。

3 基于低壓電力線的理想信道特性

通過上述分析可知，由于有各種噪聲干擾和時變衰減存在，因此建立一個精準(zhǔn)的模型來模擬仿真理想狀態(tài)下的信道是基本不可能的，本文中建立的這種基于低壓電力線的理想信道模型主要是考慮的是能夠滿足通信質(zhì)量的前提下盡可能的優(yōu)化其傳輸特性。圖2為基于低壓電力線的理想信道模型。

圖2　基于低壓電力線的理想信道模型

4 結(jié)束語

本文研究了電力線信道中的各種噪聲的來源及特點，以及各種噪聲的分析方法。在此基礎(chǔ)上，給出了一種基于低壓電力線的理想信道模型。本文的研究內(nèi)容為將來在低壓狀態(tài)下的電力線通信系統(tǒng)的實用化提供了理論依據(jù)和參考價值?！?/p>

參考文獻(xiàn)

［1］ 張淑娥，孔英會，高強(qiáng).電力系統(tǒng)通信技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2005

［2］ 袁世仁.電力線載波通信［M］.北京：中國電力工業(yè)出版社，1998

［3］ 曹寧，胡宏莽.電網(wǎng)通信技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2003

［4］ 歐海清.國外高速電力線通信技術(shù)發(fā)展分析［J］.通信世界，2005.6

［5］ 張有兵，何海波，吳昕，周擁華，程時杰.低壓電力線載波通信中信道模型的研究［J］.繼電器，2002.5

［6］ 高峰，董亞波.低壓電力線載波通信中信號傳輸特性分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000.4

［7］ D.Kaleshi, M.H.Barton. Ensuing inter operability in a home networking system. IEEE trans. on CE 1999. 46.4.

The Interference Analysis and Design of Ideal Channel Model Based on Power Line Carrier Communication

Jia Junfen
（Linxia power supply company of state grid gansu electric power company, linxia, 731100）

Abstract:This paper mainly studied the interference phenomena in power line communication system channel, and introduced a kind of ideal communication model based on low voltage power line.

Keywords:Power line network； Channel； Noise interference； Time-variant fading

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.06.015

中圖分類號：TN915

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編碼：1672-7274（2016）06-0039-02