低壓電力線通信技術綜述

背景噪聲可按圖2用白噪聲源經(jīng)過濾波生成，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頻譜分析儀測量的噪聲信號確定。
(2)窄帶干擾。
窄帶噪聲部分可通過如下N個獨立的正弦函數(shù)疊加來描述

其中，每一個分量由它的頻率fi、幅值Ai(t)和相位φi來描述，幅值Ai(t)在時間上既可以是常數(shù)，也可以是對AM廣播信號更好近似的調制幅值；載波相位可以在區(qū)間[0，2π]上用隨機數(shù)選擇，并獨立于時間。噪聲既可在時域中合成，也可先在頻域合成，再通過快速傅里葉反變換(IFFT)得到。

3 信道模型研究
通過對電力線信道特性的分析，可知建立一個精確數(shù)學模型來模擬低壓電力線信道特征所存在的困難，但建立一個能反映信道基本特性的近似模型是可行和有必要的，這對于研究低壓電力線通信的調制、編碼、傳輸和解調具有重要意義，文獻提出了一種簡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h(f，t)隨電氣負荷的改變表現(xiàn)為時變性，衰減A(t)常常具有120 Hz的頻率，當然也包括其他周期分量，其對噪聲也有衰減作用，噪聲衰減與信號衰減的相對比值為B。這些參數(shù)的確定有賴于對線路和負荷有關信息的了解。文獻采用自頂向的方法，把電力線信道看作一個黑匣子，并用一個傳遞函數(shù)來描述它的傳遞特性，實際上是把圖3中的A(t)并入至h(f，t)中。
考慮到低壓配電網(wǎng)實質上是由無數(shù)個“T”形結構組合而成，文獻中推導得出了低壓電力線傳遞函數(shù)的多徑信號傳播模型

式中，j為路徑號，也可表示信號經(jīng)過不同路徑到達的先后順序，1為最短路徑。第1項gj為路徑j的權系數(shù)；第2項為衰減部分，其中，a0、a1、k為電力線的衰減參數(shù)，dj為路徑j的長度；第3項為時延部分，vp為波在電力線上的傳播速度，τj=dj／vp，τj表示路徑j的時延。在500 kHz～20 MHz的頻率范圍內，通過對一個已知結構的示例網(wǎng)絡和未知結構的實際網(wǎng)絡進行測試，驗證該模型能夠反映低壓電力線對信號傳播的本質特性，在對未知結構實際系統(tǒng)的測量中，路徑的長度dj可以由測得的路徑時延τj求得。

4 調制／解調技術
4．1 跳頻調制／解調技術
當前，低壓電力線通信調制／解調技術一個值得注意的研究方向是把軍事領域的無線跳頻通信方法運用于電力線載波通信。跳頻通信系統(tǒng)是載波受一個偽隨機碼控制，不斷隨機地跳變，可看成載波按照一定規(guī)律變化的多頻頻移鍵控系統(tǒng)，其核心內容為跳頻序列的選擇與設計、頻率合成器的設計以及跳頻同步的實現(xiàn)。在軍事領域通過跳頻是為達到通信保密的目的，而在電力線通信領域是通過跳頻來避開受干擾嚴重的頻段，從而提高通信可靠性。
最早進行應用創(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頻調制／解調器，該跳頻裝置的傳輸速率達到300 bit·s-1，跳頻速率達到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。