电力线信道噪声特性分析

檀亚凤 刘超逸 张文彧 桑川川

摘要：电力线通信实质上是一种数据传输的通信方式，其以电力线作为媒介，兼具连接方便、分布广等方面的优势，因而也是目前所研究的重要内容。然而电力线并非是理想的通信介质，有关电力线通信的应用也是随着科学技术的快速发展才得以实现。由于电力线通信信道环境的恶劣，也使得信号模型的建立显得尤为重要，其中电力线信道噪声干扰便是影响电力线通信的重要因素。本文则给予电力线信道通信的特性进行分析，重点就噪声特性建立起模型，由此也论述了有关电力线通信在我国的具体应用。

关键词：电力线信道通信、噪声特性、通信模型、噪声模拟、时域分析

一、电力线噪声对于电力线的影响简要分析

电力线通信作为现代化技术发展下大范围应用的一种数据传输通信方式，对于未来的通信发展也有着一定的积极作用，但电力线通信方式也存在着缺陷，其中以噪声影响最为显著。电力线噪声很大程度上会导致电力线通信整体可靠性的下降，为了进一步提高电力线通信的可用性，必须针对电力线信道噪声特性进行深入的分析研究，探究克服电力线信道中各种噪声干扰的方法，由此来实现通信稳定高速的运行。电力线最初并非是作为数据传输的媒介，而是被用于实现远程测量，后续随着有关电力线研究的不断深入，逐渐开发出电力线其他方面的功用。就目前而言，人们关于电力线的研究主要集中在以下两方面，分别是电力线的信号宽带及其自身特性。电力线在实际运作的过程中，需要确保高频率信号传输的同时，能够克服信号的比特错误率。一般的，诸如噪声、频域和时域、电力线的长度等都会对电力线系统的整体性能产生影响，本文的研究中则是重点分析噪声特性所带来的影响。

二、电力线通信信道的特性分析

有关电力线通信信道特性的分析主要在于两方面，即信道输入阻抗分析以及信道衰减特性分析。其中输入阻抗是电力线传输特性的重要参数，其主要是影响信号耦合效率发挥作用。一般的，在理想的状态下，可以将电力线大致看作是均匀分布的传输线，此时其所具有的阻抗及效率呈现线性关系。但实际运行过程中，由于负载过多导致变化较大，最终输入阻抗与效率并不会呈现线性比例。此外，电力线阻值往往是在20-190Ω之间，因而匹配输入阻抗的过程也比较困难。对此，需要结合应用的实际情况进行分析，及时的调整电力线与载波机之间的阻抗，由此来较好的消除通信系统设计的困难。而在信道衰减特性方面，电力线信道的信号衰减情况与频率有关，一般是随着频率的增加而有所增大，且传输频率越高，其衰减程度也越大。由于电力线网络结构及负载有所不同，因而其信道衰减特性之间也并未有较为突出的数学关系。具体而言，电力线的衰减特性与长度以及传输频率有关，具体的探究过程就不予以详细的介绍了。经过多方面的总结分析后可知，电力线的主要任务是在短距离内对电能实行分配，在信道环境方面，电力线通信信道相对较为恶劣，其主要的特点主要体现在以下几点：第一，电力网络上的阻抗将随负载的变化而产生较大幅度的变化，该方面的特性即为时变性。第二，衰减特性，这一特性也使得电力线上各节点所表现出的性能大不相同。第三，会遇到干扰信号，一般的，用户各类电器设备都会对电力线上的传输信号带来巨大的干扰。其中两点已经具体阐述，基于噪声电平、阻抗变化以及信号电平衰减等影响电力线可靠性的影响因素，深入的探讨噪声特性。

三、电力线信道噪声特性及其分布探讨分析

电力线信道噪声往往不是单一来源，而是由多种噪声组合而成，因而其体现出变化快、周期短的基本特性。一般的，电力线信道噪声可以分为一些几类，分别是有色背景噪声、窄带噪声、突发性脉冲噪声等。

3.1有色背景噪声

有色背景噪声的产生如下，即是由低功率源共同作用所引起。这类噪声往往频率较宽，同时功率谱密度较低，当信号频率增加时，所对应的密度会随之降低。

3.2窄带噪声

窄带噪声则是由正弦调幅信号所组成，其产生则是经由广播信号连同电力线信道串接。总体来看，窄带噪声频带很窄，也会受时间影响而发生变化。其所对应的频谱一般也比较大，多数情况下更是超过了1kHz。窄带噪声的测量较为方便，即电力线受该噪声干扰时，可以迅速的检测得出结果。窄带噪声产生后持续时间往往较长，于几小时或是几天不等。

3.3脉冲噪声

脉冲噪声主要是由家用电器产生，本质上也属于随机脉冲噪声，诸如电冰箱等电器在开或关时都会产生脉冲噪声。在不同的环境中，脉冲噪声的分布也有所不同，其中工业环境中于白天和晚上都有噪声分布，城市中则是分布在白天或是上午的7-9点之间。经过具体的噪声数据分析可知，脉冲噪声谱通常是在100kHz以内，即该噪声的频率及数据速率都相对较低，因而最终对通信传输系统所产生的影响也比较小。

四、室内室外典型噪声特性分析

就目前而言，电力线通信已成为研究的重点所在，然而噪声始终都是影响电力线通信的重要因素，且不具备规律性。为了确保电力线传输高速数据，需要充分掌握电力线信道的噪声特性，在此基础上，在时域上的特性进行分析，由此为电力线通信的研究提高一定的噪声数据。

该场测数据是于沈阳小区内所采集的噪声数据，分析后可知，该数据为周期性的脉冲噪声，因而最终结果也有着一定的代表性。如图1所示为噪声的时域波形图，从时域波形观察，该噪声周期性为10ms，幅度则是在-0.6-0.6V范围内。

该噪声所占用的频带带宽在0-2MHz范围内，同时其信号强度较大的区域范围则是在0-100KHHz。测试数据中，还有几个部分受到了窄带噪声的冲击，具体频率分布为33KHz、34.5KHz、668.5KHz、953.8KHz以及1.0665MHz。通过对比场测噪声和模拟噪声可知，采用窄带噪声和脉冲噪声相叠加的方式对场测噪声进行模拟生产，此過程中对于脉冲噪声而言，周期为10ms，同时每个周期内均包括10个幅度不同的脉冲噪声。此外，模拟噪声与场测噪声的相似度也比较大，因而也可知模拟噪声基本和场测噪声的波形相一致。

五、结束语

电力线通信技术作为目前国内外研究的重点所在，本文的研究中具体的分析了电力线信道噪声特性，同时也采集了室内室外典型的噪声数据，分析了时域，最终也是为后续的相关研究提供一定的噪声数据研究基础。

参考文献

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