基于电力线通信的干扰分析及理想信道模型的设计

贾俊芬

（国网甘肃省电力公司临夏供电公司，临夏 731100）



基于电力线通信的干扰分析及理想信道模型的设计

贾俊芬

（国网甘肃省电力公司临夏供电公司，临夏 731100）

摘要：本文主要研究了在电力线通信系统信道中的强干扰现象，并介绍了一种基于低压电力线的理想通信模型。

关键词：电力线网络；信道；噪声干扰；时变衰减

1 引言

作为一种的新型通信技术，基于电力线网络的通信技术，具有极高的应用价值［1］，主要原因是实现成本低、传输速率高、在线时间长和应用范围广的特点［2］。在不影响电力线网络的基本功能——传输电能的基础上，如何有效的利用电力线网络来进行信号传输值得进行深入研究［3］。就目前为止，美国、英国、德国和加拿大等国家的电力线通信技术已经进入实用阶段，取得了极大的成果［4］。但是，电力线通信技术在实用阶段仍然存在一些问题：首先是电力线网络具有不规则性的特点，所以在数据传输时会受到各种电力信号的干扰，这会严重影响信号的远距离传输［5］。其次是电力线通信中的信号质量与传输距离联系紧密，而用户的需求具有很强的随机性，所以信号质量经常难以保证［6］。最重要的是电力线网络的根本功能是保证电能的传输，所以电力线通信绝对不能影响电能的正常传输，所以存在很多的关键技术和关键问题需要解决［7］。

本文重点研究了电力线信道的一些主要特性，包括噪声干扰和时变衰减对信道的影响。同时设计了基于低压电力线的理想信道模型。本文的研究内容对于电力线载波在实际中的应用具有重大的意义。

2 电力线信道特性

2.1 电力线信道中的噪声

一般来说，根据噪声干扰的性质不同，常见的电力线信道噪声干扰可以分为以下四种：

2.1.1 交直流背景噪声干扰

通常来说，交直流背景噪声是一般由于交直流电机在工作时，交流电和直流电各自产生的电磁干扰互相影响的所带来的。这种噪声的功率一般较小，分布满足高斯分布。对于这种噪声，我们可以通过如下的框图取得，这样我们就可以通过取得的交直流背景噪声来对这种现象进行进一步研究。图1为电力线信道噪声框图。

图1　背景噪声生成框图

在此框图中，噪声整形滤波单元的系统函数由下式决定

式中，B（Z）为移动的平均值；A（Z）为自动回归值。

2.1.2 随机脉冲干扰

闪电等自然现象和负载开关的操作是产生随机脉冲干扰的主要原因，这种随机的脉冲干扰是电力线载波通信中非常严重的干扰源，这种干扰的有害程度主要决定于脉冲的强度，脉冲周期及脉冲发生的频率，这种脉冲干扰的强度往往要比背景噪声干扰大许多，大约要强出10到40分贝。脉冲干扰的强度和脉冲干扰源与信号发送设备或信号接收设备之间的距离决定脉冲干扰的影响。脉冲干扰是一种随机过程，我们可以用随机信号来表征它的特征。如果用马尔可夫链对脉冲宽度和脉冲频率进行仿真，则脉冲周期大于某个时间周期t的概率p为

式中，gn+1,i表示从某个有脉冲发生的状态向临界状态n+1过渡的转移概率，gii表示某个状态不发生状态转移的概率。

2.1.3 异步脉冲噪声

异步脉冲噪声曾经被以为是危害较小的一种噪声干扰，但是随着大量的保护开关的使用，这种噪声的干扰对电力线通信的影响变得非常严重，甚至被认为是现阶段最难处理的一种干扰。

2.1.4 周期性噪声

通常分为两种，周期性同步噪声是由电压引起的晶闸管整流作用引起。周期性异步噪声一般由显示终端产生，如显示器、电视机等。这两种周期性噪声都是很小的。

2.2 信道中的时变衰减

信道中的时变衰减常被分为耦合衰减和线路衰减。耦合衰减的产生原因是由于耦合器绕组阻抗不为零造成的分压现象，随着科技发展，耦合器绕组阻抗已经越来越小，这种衰减的问题已基本解决。线路衰减的主要原因是由于线路阻抗不为零造成的线路损耗，线路衰减的大小与通信距离成正比。这两种时变衰减在不同的坏境和不同时间时都有可能发生变化，具有不可控性。

3 基于低压电力线的理想信道特性

通过上述分析可知，由于有各种噪声干扰和时变衰减存在，因此建立一个精准的模型来模拟仿真理想状态下的信道是基本不可能的，本文中建立的这种基于低压电力线的理想信道模型主要是考虑的是能够满足通信质量的前提下尽可能的优化其传输特性。图2为基于低压电力线的理想信道模型。

图2　基于低压电力线的理想信道模型

4 结束语

本文研究了电力线信道中的各种噪声的来源及特点，以及各种噪声的分析方法。在此基础上，给出了一种基于低压电力线的理想信道模型。本文的研究内容为将来在低压状态下的电力线通信系统的实用化提供了理论依据和参考价值。■

参考文献

［1］ 张淑娥，孔英会，高强.电力系统通信技术［M］.北京：中国电力出版社，2005

［2］ 袁世仁.电力线载波通信［M］.北京：中国电力工业出版社，1998

［3］ 曹宁，胡宏莽.电网通信技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2003

［4］ 欧海清.国外高速电力线通信技术发展分析［J］.通信世界，2005.6

［5］ 张有兵，何海波，吴昕，周拥华，程时杰.低压电力线载波通信中信道模型的研究［J］.继电器，2002.5

［6］ 高峰，董亚波.低压电力线载波通信中信号传输特性分析［J］.电力系统自动化，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

中图分类号：TN915

文献标识码：B 文章编码：1672-7274（2016）06-0039-02