低壓電力線通信技術(shù)綜述

背景噪聲可按圖2用白噪聲源經(jīng)過(guò)濾波生成，噪聲整形濾波的傳遞函數(shù)Hmod(z)可描述為

其分子B(Z)表示的是移動(dòng)平均(MA)部分，其分母A(Z)表示的是自回歸(AR)部分，模型參數(shù)由噪聲源的方差與濾波器系數(shù)組成。通過(guò)使用AR處理模型，即B(Z)=1，參數(shù)可以由用AR頻譜分析儀測(cè)量的噪聲信號(hào)確定。
(2)窄帶干擾。
窄帶噪聲部分可通過(guò)如下N個(gè)獨(dú)立的正弦函數(shù)疊加來(lái)描述

其中，每一個(gè)分量由它的頻率fi、幅值A(chǔ)i(t)和相位φi來(lái)描述，幅值A(chǔ)i(t)在時(shí)間上既可以是常數(shù)，也可以是對(duì)AM廣播信號(hào)更好近似的調(diào)制幅值；載波相位可以在區(qū)間[0，2π]上用隨機(jī)數(shù)選擇，并獨(dú)立于時(shí)間。噪聲既可在時(shí)域中合成，也可先在頻域合成，再通過(guò)快速傅里葉反變換(IFFT)得到。

3 信道模型研究
通過(guò)對(duì)電力線信道特性的分析，可知建立一個(gè)精確數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬低壓電力線信道特征所存在的困難，但建立一個(gè)能反映信道基本特性的近似模型是可行和有必要的，這對(duì)于研究低壓電力線通信的調(diào)制、編碼、傳輸和解調(diào)具有重要意義，文獻(xiàn)提出了一種簡(jiǎn)單的低壓電力線通信信道模型，如圖3所示。

通道濾波的頻率響應(yīng)h(f，t)隨電氣負(fù)荷的改變表現(xiàn)為時(shí)變性，衰減A(t)常常具有120 Hz的頻率，當(dāng)然也包括其他周期分量，其對(duì)噪聲也有衰減作用，噪聲衰減與信號(hào)衰減的相對(duì)比值為B。這些參數(shù)的確定有賴于對(duì)線路和負(fù)荷有關(guān)信息的了解。文獻(xiàn)采用自頂向的方法，把電力線信道看作一個(gè)黑匣子，并用一個(gè)傳遞函數(shù)來(lái)描述它的傳遞特性，實(shí)際上是把圖3中的A(t)并入至h(f，t)中。
考慮到低壓配電網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是由無(wú)數(shù)個(gè)“T”形結(jié)構(gòu)組合而成，文獻(xiàn)中推導(dǎo)得出了低壓電力線傳遞函數(shù)的多徑信號(hào)傳播模型

式中，j為路徑號(hào)，也可表示信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)的先后順序，1為最短路徑。第1項(xiàng)gj為路徑j(luò)的權(quán)系數(shù)；第2項(xiàng)為衰減部分，其中，a0、a1、k為電力線的衰減參數(shù)，dj為路徑j(luò)的長(zhǎng)度；第3項(xiàng)為時(shí)延部分，vp為波在電力線上的傳播速度，τj=dj／vp，τj表示路徑j(luò)的時(shí)延。在500 kHz～20 MHz的頻率范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)一個(gè)已知結(jié)構(gòu)的示例網(wǎng)絡(luò)和未知結(jié)構(gòu)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證該模型能夠反映低壓電力線對(duì)信號(hào)傳播的本質(zhì)特性，在對(duì)未知結(jié)構(gòu)實(shí)際系統(tǒng)的測(cè)量中，路徑的長(zhǎng)度dj可以由測(cè)得的路徑時(shí)延τj求得。

4 調(diào)制／解調(diào)技術(shù)
4．1 跳頻調(diào)制／解調(diào)技術(shù)
當(dāng)前，低壓電力線通信調(diào)制／解調(diào)技術(shù)一個(gè)值得注意的研究方向是把軍事領(lǐng)域的無(wú)線跳頻通信方法運(yùn)用于電力線載波通信。跳頻通信系統(tǒng)是載波受一個(gè)偽隨機(jī)碼控制，不斷隨機(jī)地跳變，可看成載波按照一定規(guī)律變化的多頻頻移鍵控系統(tǒng)，其核心內(nèi)容為跳頻序列的選擇與設(shè)計(jì)、頻率合成器的設(shè)計(jì)以及跳頻同步的實(shí)現(xiàn)。在軍事領(lǐng)域通過(guò)跳頻是為達(dá)到通信保密的目的，而在電力線通信領(lǐng)域是通過(guò)跳頻來(lái)避開(kāi)受干擾嚴(yán)重的頻段，從而提高通信可靠性。
最早進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新的是M．Klaus，他研制了一種基于跳頻原理的電力線載波擴(kuò)頻調(diào)制／解調(diào)器，該跳頻裝置的傳輸速率達(dá)到300 bit·s-1，跳頻速率達(dá)到900跳／s，該裝置基本處于低速慢跳頻范疇，在通信速率上還有待改進(jìn)。