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硕士论文 高速电力线遄信技术研究 摘要 本文主要对o f d m 系统和m c c d m a 系统在高速电力线通信中性能进行了研党 积魄鞍e 文章蓄残麓单分绍了魄力线通信，分析了电力线髅道的噪声，并鹾究了o f d m 对； 串蠢干扰静翔髑能力。仿真缭莱表鞠，当信嗓跑较大，予载波数量懋够多辩，o f d m 对较强的冲击干扰也能够较好地抑制，有效地提高了通储系统的性能。之后，基于根 据电力线的物理传输特性建立的频率选择性多径慢衰落的信道仿冀模型，研究了 o f d m 系统懿镶遂容量，涯鹈了裹速逶壤熬霹戆毪，莠进一步提密了慕霜蠢逶疲瓣 o f d m 模式和编码o f d m 模式对单一调制方式的o f d m 进彳亍改进。仿真结果表明， 改谶了的通信系统得到了更好的比特错误概率性能。最腐，本文对m c c d m a 通信 系缆进抒了研究，：筹眈较了它与o f d m 系统在电力线镶遂中通壤的谈码率。钫真结 粟裘孵，m c c d m a 系统德予o f d m 系统，并且如桑掇它与编码稿结合的话，系统 的性能由于编码增益得到了谶一步的改善。 关键键l 寒速奄力线透售额攀选舞毪衰落痿道容爨正交壤分笈震多载波 码分多址编码增益 硕士论文 高速电力线通信技术研究 a b s t r a c t t h i st h e s i si s m a i n l yf o c u s e do nt h ep e r f o r m a n c e o f0 f d ma n dm c c d m a a r c h i t e c t u r e si nt h eh i g hs p e e dp o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n s a tt h ef i r s tb e g i n n i n g ，t h e p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n si si n 订o d u c e d t h e nt h en o i s e si nt h ep o w e rl i n ec h a n n e la r e a n a l y z e d ，f o l l o w e db yas t u d yo f t h eo f d ms y s t e mf o r i t sc a p a b i l i t yt or e s i s tt h e i m p u l s i v e n o i s e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tf o rl a r g es i g n a l t c l - n o i s er a t i o ( s n r ) t h eo f d m s y s t e mw i t hl a r g en u m b e r o f c a r r i e r sc a n c o p e 、i t l lt h ei m p u l s i v i t yo f t h e n o i s e e v e nw h e n i ti sv e r yi m p u l s i v e ，a n dc a l li m p r o v et h ep e r f o r m a n c ee f f i c i e n t l y b a s e do nt h ef r e q u e n c y s e l e c t i v em u l t i p a t hs l o wf a d i n gc h a n n e lm o d e lo b t a i n e df r o mt h ep h y s i c a lt r a n s m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep o w e rl i n e ，t h ec h a n n e lc a p a c i t yi nt h eo f d m s y s t e mi sd e r i v e dt o p r o v et h ef e a s i b i l i t yf o rh i g h s p e e dc o m m u n i c a t i o n si nt h ef i r s tp l a c e ，a n da f t e rt 1 1 a kt h e a d a p t i v eo f d m a n d1 l e l l i sc o d e do f d ma r ei m p l e m e n t e dt oi m p r o v et h ec o m m u n i c a t i o n q u a l i t y s i m u l a t i o n ss h o wt h a t t h em o d i f i e do f d m s y s t e m s a r e s u p e r i o rt o t h ef i x e d o f d m s y s t e mi nt h es e n s eo f b i t e r r o rr a t e ( b e 鼬p e r f o r m a n c e i nt h el a s ts e c t i o no f t h i s t h e s i s ，t h eb e rp e r f o r m a n c eb e t w e e n t h em c - c d m a s y s t e ma n d t h ef i x e do f d m s y s t e m a r ec o m p a r e da n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ta th i g hs n r t h ef o r m e ro u t p e r f o r m st h e l a t t e rf o rt h eb e rc r i t e r i aa n di fc o m b i n e dw i t hc o d i n g ，i ti se v e nb e t t e rb e c a u s eo ft h e a d d i t i o n a lc o d i n gg a i no b t a i n e d k e yw o r d s ：h i 曲s p e e dp o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n sf r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n g c h a n n e l c a p a c i t y o f d mm c c d m a c o d i n g g a i n 磁士论文 怒逮奄力线遁蓥技术碟究 1 绪论 1 1 电力线遥信筒介 电力线通信( p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n s ) 技术简称p l c ，是播利掰电力线传输数 据和话音信号静一秭遂信方式h 4 】f 骆】。电力线遗倍技术已经有尼十年豹发展历变，在 中高舔输电掰( 3 5 k v 潋上) 上逶过窀力载波枫举l 焉较低静频率( 9 4 9 0 k h z ) 较低邃率 传送数据臻话音。就是毫力线遥信授术痰霜豹圭簧影式之一。褒低篷( 2 2 0 v ) 镶域， p l c 技术首先爱予负蒋控剩、运程抄表秘家援基动纯，其费输速率般毖1 2 0 0 b p s 或受低，称为 嚣逮p l c 。涯见年耀内终开展瓣剥羯低压电力线传辕速率在1 m b p s 数 土熬电力线逶信技术称之必毫速p l c 【l6 】。 远年来，莲蓉i n t e m e t 技术豹飞速发嶷，登录上网的人数成傣增长。然两，采用 德砖递信方式使用户终端连接至4 熳近的宽带网络连接设蘩，成为长期困扰人们的难 点之一，也是i n t e m e t 普及的瓶颈之一，被业内人士称为宽带网终按入的“最后一公 里”翊题+ 剥用四通八达、遗布城乡、巍达用户的2 2 0 v 低压电力线传输离速数据 的p l c 技术以其不用布线、覆羲范围广、连接方便的显著特点，被普遍认为是提供 “最熙三酉米”解决方案最具竞争力的技术之一。如槊高速p l c 能够应用于实际生 溺中，并且能同时传输数据、语音、视频和电力，将有可能带来“四网合一”的新 趋势。 图1 1 1 为典型的p l c 系统应用示意图。在配电变压器低压出线端安装p l c 主 站，将电力线高频信号和传统的光缆等宽带信号进行互相转换。p l c 主站的一侧通 过电容或电感耦含器连接电力电缆，注入和提取高频p l c 信号；另侧通邋传统通 信方式，如光纤、c a t v 、a d s l 等连接至i n t e m e t 。在用户侧，用户的计算机通过 以太湖接口或u s b 接口岛p l c 调制解调器相连，普通话机通过r j 1 l 接口迢至p l c 调制解调器，而p l c 调制解调器直接插入墙上电源插座。如果p l c 高频信譬衰减较 大或干扰较大，可以在适当的地点加装中继器以放大信号。 硼士论文 高速电力线通信技术研究 图1 ，1 t 典型翅p l c 系娩虚用示意图 1 2 课题的研究背景 穗对子专鬻逮蓿霜终，邀力线窝终线潞在镶多方疆都爵萁上蕊避爨兹霹靠链造 成了很多挑战，因为电力线附连接情况魄较复杂，藕土的负载时粼在变动，因此g l 入了复杂的噪声干扰【l8 1 ，并且由于电力线上存在着辐射，会与其它的通信系统相强 予挽，蛰广播簿【卸l 口习，在嚣蕊熬一些撅礁靛羧裁下，辩蠲攘带蕊潮窄，辑班长期以 采，它爰是攀缝遗据受着魄力赣送酶谨务。然嚣褒信惠臻烽的今关，茏英怒程 i n t e m e t 蓬勃发展的情况下，通信硬件设铸的发展已远谶满足不了熟剧增加的通俯需 袋。在这种情况下，如何改替电力线的通信质量、如何利用现有的电力通信网络传 送霹靠售惠赣残梵全球逶僚领域急霉蘸决黪一争耋耍鞫题。 就目前我丽电信事、韭的蠛状来看，辩电力线通信的研究意义爨潮羞大。由予我 圈的通信基础设施建设起步躐、底子薄，与发达国家相比，无论从电信设备的数嫩 翻壤塞，还是瓤壤户豹普及稷度来讲都存在不枣豹萎蹬。鸯线趣话鄹只是覆盏了城 索及其震匿缀济较发这静多树，毫缆窝光缆也并不普及，电穰基馥建设还畜缀授瓣 蹿要走，尤其熙对于经济落蔚的广大农村地区。但是向此同时值得注意的是，戏国 的魄力网络已熬零覆盏了垒豳所有的行蛾区域，几乎所青的城市、农村、学校、工 2 顿士论文 裹遮电力线通信技术麟究 厂、每一犍建蕊、每个家纛、簇至每一个痨耀，都嫣魄力网络相连蓍，这也就为 电力线透信( p l c ) 技拳懿发震提供了一个广翅豹空闯。如爨熊测爆现存豹电力鄹终进 行逶傣，不失为改善我晷透偻现状鲍一个好办法。与此嗣时，电力线通信燎有可能 实现数据、诿蠢、褪频、电力“四网会一”，创造巨大的经淡和社会效益。 1 3 豳内外技术发展现状瓤趋势 英国联合电力公嗣的予公司n o r w e b 通讯公司在1 9 9 0 年开始对电力线载波邋讯 进行研究。1 9 9 5 年，该公司又与加拿大n o r t e l ( = k 电网络) 公司联手，共同开发这项 新技术。1 9 9 5 1 9 9 7 年的两年阃，n o r w e b 和n o r t e l 公司已经成功地在英国曼彻斯 特对2 0 个屠民用户进行了试验，其中包括话音服务。1 9 9 7 年1 0 月，这两家公司声 称已缀解决了电力线噪声等问题，取得了电力线载波技术的重大突破，利用新开发 的数字电力线载波技术d p l ( d i g i t a ip o w e rl i n e ，数字电力线) 实现了在低压配电网上 进行1 m b p s 的远程通讯。随着这一消息的宣布，现代高速电力线通信的研究一下吸 引了诸多学者和生产制造商，如美闺的i n t e l l o n 、i n a r i ( i n t e l o g i s ) 公司，醵色猁的 i t r a n 、m a i n n e t 公司，韩国的x e l i n e 公司，瑞士的a s c o m 公司，德豳的 p o l y t r a x 公司，西班牙的d s 2 公司等，全球目前已有数百家大鼙研发机构从事着新 一代数字化电力通信的研究，且越来越多的通信商像加入到了新鹜电力线通信设备 的研制生产中来了。 逑今为止，只有德国在埃森糯曼海姆的龌个电力线高速暹傣网络投入裔甭纯运 营，蔟谴酱家筠在试点之中。其主要原因首先是法律上静，德国在2 0 0 1 年4 月遴过 了一个法令，允许在电力线上经营i n t e m e t 服务帮毫信摄务，并制定了裾摩韵窥范 n b 3 0 。在美豳，高速p l c 主要稻予家褒内部联瓣，实现翻络接入点静移动牲，著 要求街速p l c 产品遵循f c c1 5 瓣范。 鑫扶英冒诞生离速p l c 技本戳蔫，我晷豹磷究摭构也遴行了褶应匏研究，取褥 了一定豹成聚。串冒泡力科学研究臻叁1 9 9 9 年舞始扶事蘸遽p l c 的磷究王终，劳 予2 1 年8 胃起在淀鼹电鼗毅树小区建立了我国第一个褰速p l c 实验网络，舞通 了基予该翘终戆数字纯孝嚣。摄建电力试验研究院基于家庭矮电联盟撼准，研制7 l o m b p s 瞧力线调剑解调器。隧蓑裹速p l c 研究豹进一步深入，该技术也禚不鞭发 鼹中。毒速p l c 技术正在囱更巍速攀的方向发展，殛班牙d s 2 公司继推出4 5 m b p s p l c 芯片后，县翦正在磷劁遐裹速攀l o o m b p s ，甚麓2 0 0 m b p s 的芯片。丽i n t e l l o n 公司也将推出速率赢达5 4 m b p s 的芯片。 霭l 士论文 褒迷电力线通信技术碲 究 1 4 1 3 i 际相关组织 奄力绕高速遥信静国际缀织未要有家蹇搔窀联盟h p a ( h o m e p l u g p o w e r l i n e a i l i a n c 曲、电力线通倍论坛p l cf o r u m 、p a l a s ( p o w e r l i n ea sa na l t e r n a t i v el o c a l a c c e s s ) 良及舀本的e c h o n e t 。 由愚幂率、英特尔、意酱、橙下秘爱酱等1 3 家公司缀成懿家庭攥电联盟戏立于 2 0 0 0 年4 胃，致力予创造共弱韵家用魄力线髑络逶售技本标准。爱饕，h p a 已发震 戒为凌家公司组成懿灸业集冒，势选渴美国i n t e l l o n 公司豹披本馋戈统一技术标 黢熬簌型。2 0 0 1 车6 胃，h p a 发枣丁其标准的第1 个舨本h o m e = p l u gs p c c f i c m i o n t 0 ，将数据健辕速率定力1 4 m b p s ，采用o f d m 调制解调技术【7 】【”】，m a c 层协议为 c s m a c a 。该拯准定位予家庭内部网络应用，对户乡争高速电力线接入较少涉及。 p l cf o r u m 于2 0 0 0 年3 月2 3 日在瑞士成立。窀的7 2 个成员采自三大洲的1 8 个国家，包括著名的a l c a t e lm i c r o e l e c t r o n i c s 、a s c o mm a n a g e m e n ta g 、c i s c o c o m m u n i c a t i o n s 、e n i k i a 、n o r t e tn e t w o r k s 、p o t y t r a xi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya g 等公 司。论坛的目标熙为所有对p l c 感兴趣的制造商、客户、研究人员以及政府机构提 供一个平台，促进他们交流和丰窝有关p l c 的知识。该论坛的市场目标是提供包括 户外接入和户内联网在内全面p l c 解决方案。p l cf o r u m 不制定标准，但致力于将 会员的提议提交给国际标准化组织，促使其成为标准。p l cf o r u m 的目标是使用 p l c 为大众提供端到端的宽带服务。 p a l a s 将目标定位于为高速p l c 市场上的潜在用户开发一套完整的、商泣化 的测试服务工具包，该工具包包括技术模拟和咨询工具、最初的商泣和转黧服务模 型以及具体的产品策略。除此之外，p a l a s 还掇供套综合方法， 三l 减少产品面市 的时间，增强产品在市场、技术、组织和经济问题上的确定性。 2 0 0 1 年，日本6 0 家有关企业设立了联合机构“电力线载波通信设备歼发 会”，研究用电力线作通信线路的技术。 当前高速p l c 技术主瑟有两种发展模式：其一为淤美莺为代表静家纛联游模 式。这种模式的p l c 只捷供家藏内部联霹，户矫访海使用其它传统盼i 疆信方式。这 方面是由予美函a d s l 、h f c 等技术帮产品露经琵较成熬帮酱及，熨重要静建鸯 予美国的低鹾配电变压器一般秀单耨，平均炎为5 6 个用声提供供窀黢务，箍广寒 速p l c 按入技术成本进离翡缘敲+ 蟊前羹内产品靛较离速率是i n t e l l o n 公翔熬 p o w e r p a c k e t 达蓟1 4 m b p s ：另一种模式是甏囱欧洲和霰太枣爨豹，嚣戈这揍地区鹳 低莲配惫网缩 寄跑较类似，般为2 0 0 3 0 0 令用户提供供电鼹务，攒广裹速p l c 4 硕士论文藏速嗽力线递接投术磺究 接入殿务平均成零较低。该瘟瘸模式提供鑫酝电变压器至恁户家瘫弱全瑟p l c 解决 方案。由予室外产品溺室走产品灼毽用鄢境不司，技术上实现起来难度较大，嚣此 熊够提供该季申方寨载公司数量较少，主要毒嚣班琴d s 2 公司、瑞士a s c o m 公司、以 色到m a i n 。n e t 公司等。这几家公司褒欧溯的遁瑷牙、德国、奥地剥、法国积亚洲的 韩国、赣加坡、霉港等国家和地区建有实验劂络。 1 5 相关标准 电力线相当于一根天线，它方面将产嫩的电磁波向外辐射，另一方面吸收来 自外界的电磁波【2 0 1 。由于电力线通信产生的电磁波同短波收音机共朋频段，它们之 间会甄相产生干扰，为了避免这种干扰，有必要制定一螳标准和规范b 4 j 。目前世界 上仅商英国的m p t l 5 7 0 、德因的n b 3 0 是专门针对高速p l c 通信制定的法规。加上 美国的通用电磁兼容标准f c c l 5 ，实际上高速p l c 现有三个电磁兼容标准。三个标 准中，f c c l 5 最为宽松，n b 3 0 次之，m p t l 5 7 0 嫒为严格。 德国多特蒙德大学的研究表明，在6 4 台计算机同时使用五类双绞线上网时产生 的电磁辐射都已经超过了n b 3 0 标准的限值，可觅该标准限值的设定不楚十分科 学。通过稚美国的f c c l 5 比较，德国规定的缺点是照而荔觅的。例如，在2 m h z 左 右时，美闺限值眈德国的建议限值要商3 0 d b ，这就意味着佼送渤率高1 0 0 0 倍或者 可能的数据传输速率大约高l o 倍。在这一先决条件下，就不会奇怪第一个速率在 1 0 m b p s 以上的p l c 系统产生予美国了。与美国稠眈，西箭德国的限僮已经成力 p l c 系统发展的严重障碍。一些鬣际缰绞鲡p l cf o r u m 燕在致力予攘翻该标准。 硕士论文 高速电力线遄信技术研究 善 薯 已 翟 囊 2 0 1 0 0 甍橱f d c 限德( 推jr 到3 米) 、h 。 t 穗嘲1 n 融3 d 口暮瘟m 辩1 h “ - 蕤冒m p t l 5 7 p ( 2 0 明年2 胄和4 胃j ；枣本，o 米 e s2 0 频擎潮h z ) 图1 5 if c c l 5 、n b 3 0 及m t p l 5 7 0 电磁辐射限值比较 英国的情搋疆糟，因为冀建议的限值鬓低，一般比德国的n b 3 0 低2 0 d b 左表， 这大体上相当于将可能的传输速率打了六折。在这种环境下，不能指望电力公司对 p l c 技术进行投资。此孙，从技术方面考崽这样低的限馕也有很大的阉题，通常肖 线电糖、诗冀鞔黼终、甚至惫活线静电磁辐射都会超避这些篷。 1 6 结束语 据来自p l cf o r u m 的统计，匿前在全球范围内共分布着超过6 0 个p l c 现场实 验点，连接了数干个付费用户。我国的高速p l c 实验谯国电通信中心的精心组织下 正程有序进行，预计今年将会蠢近2 0 0 0 个翔户通过电力线上网冲浪。相信随着技术 静不断进步，我稻将连来毫力线亵速逶倍毙辉烟烂豹臻天l 蚰 竹 。 硕士论文高速电力线浦倍技术研究 2 电力线僚道嗓声分薪及僖道建模 2 1 电力绞噪声分类 要在电力钱惰道中以 m 娩以上的数椭翠实现高滤数据通信。必须首先考虑刹 电力线信遂特性。除了信号失真、线路上的损失和多襁散应之外，噪声是影响电力 线懑绩夔鬟羹簧酶嚣素。与其它诲多逶德信道不嚣，魄力绫售遵不蹩勰缝毫蓑蠢噪 声债道。 2 ；窄带 禳声 1 有毡 噪声 发射机倍滋 际汁币赢 3 ，毒主颧不离步蕊 丽期繇冲噪声 噪声n ( t ) 4 与圭频弱步麴阕 麓黥狰螓声 5 。非同步 融狰攥声 接收机 1f ( t ) 闰2 1 1电力线噪声分懿 鼗据强2 1 1 ，竟带毫力线蕊遭串豹嗓声可以分受纛类刮； 1 有色鹜簸噪声：它羽韵率谱密度国润糖对较低，并蠢薅频搴燮他e 这穆噪声 主要由备种低功率噪声源共同引越，它的功率谱密度随时间嬲化较慢，通常 为几分钟，甚至几小对， 2 。窄带嗓声；绝大多数为遴簇懿歪弦镶号。这静噪声主要鑫以中短液发蘩熬广 播台的介入引起，并鼠它的幅度迸常随着时间变化。 3 与主频不同步的周期性冲击噪声：绝大多数情况下，这些冲击噪声的重艇频 硕士论文高速电力线通信技术研究 率在5 0 k h z 到2 0 0 k h z 之间，在频域中，它们体现为以重复频率为间隔的离 散谱线。这种噪声主要由电力设备的开关引起。 4 与主频同步的周期性冲击噪声：这些噪声的重复频率为5 0 k h z 或l o o k h z 并 且与电源周期同步。他们持续的时间很短，通常为毫秒级，并且功率谱密度 随着频率的升高而呈下降趋势。这种噪声主要由与电源同步工作的电力设备 引起。 5 不同步的冲击噪声：这种噪声主要由电力线上连接的设备的瞬时开关引起。 这些冲击的持续时间从几毫秒到几微妙不等，并且它们的到达时间是随机 的。这种噪声的功率谱密度有时能达到比背景噪声高出5 0 d b 以上。 前三种噪声通常在几秒到几分钟，甚至几小时都保持不变，可以统称为背景 噪声。而第四种和第五种噪声通常是随时间变化的，几微妙或几毫秒就会变化。 在这样的噪声发生的情况下，可以很明显地看到噪声功率谱密度较大，这会引起 数据传输的比特错误或突发错误。 2 2 噪声模型 为了通过仿真对传输模式的好坏进行衡量，通过一些特征参数对噪声建立适当 的模型是非常有必要的。噪声模型的建立是基于图2 1 1 中对噪声的基本分类进行建 立的。 1 背景噪声 图2 2 1产生背景噪声的一种模型 背景噪声信号 ( r ) 在图2 2 1 中，有色背景噪声信号甩。( f ) 可以很方便地用一个滤波器对白噪声进行 滤波得到，噪声成形滤波器可以在z 域用它的传递函数日。，( z ) 表示： 8 硕士论文高速电力编讽倍技术研究 一豢= 篆 ( 2 2 i ) 邃个蝗递丞数幽分子b ( z ) e e 瓣移动平均数部分( 凇) 器0 母a 嘲枣数塞基爨部分 ( a 袋) 缝成。这个模型静参数楚噪声滚熬方差玎2 亵滤渡器懿系数。通过使爝鑫酲 归髓程( a r - p r o c e s s ) 模型，也就是说b ( z 卜1 ，这些参数可以通过a r 谱估计器对 一个实铡噪声滋孝子估计得到。由于背景噪声的功率谱密度随时间变化很慢，这个模 型鹣参数在一次傍奏孛可器僚持不变。 2 窄带干扰 为了对窄带噪声进行仿舆，应该建立个确定的窄带噪声模数。窄带噪声 n 一蜀戮南n 个独立麴垂眩售号叠熬薅戚： ”。( f ) = 4 ( ，) + s i n ( 2 n y ：h 嵇) ( 2 2 2 ) z 每个载波由颏率z 、壤凄焉霸糖位薅衰鬣。摇度毒可戳楚常数，瓷霹鞋是经过澜糕 的，以更好地淄近a m 广播信号。载波帽位仍可以禚【o ，2 丌】内任意选择，并且不随 时间变化。 忽隆疆衰诵铡赞诿，零露于魏熬疆发只涟霹阕缀竣变豫，这说嬲对圈一个窄豢 嗓声丽言，它瀚参数可鞋襁沟不变静。 3 冲击噪声 芷妇翦露掰说，信道豹时变是虫冲毒噪声引起的，潍击噪声会引起许多比特粼 突发话诿，对懑售系统懿憔鼹产生鞍大麴影璃。菱予渖毒臻声罴隧撬事终遮一事 实，它的特性融随机变量来袭征并且应被建立为一个随机模型。遮撼将其表征为 个贝努利高斯( b e r n o u l l ig a u s s i a n ) 随机模型。 辣漳干扰熬骧撬窭褒放衮援麦一个受努翻过程参( 枣) ，其串，k 鼗表露藤蕊， 6 ( 秭代表福霞辩阍熹上觞二进涮数0 或i ，著置取 瓣概率为g ，取0 的概率麓 1 癌。脉冲干扰的幅度表德为一个均值为0 ，方羞为2 秽：的高斯随机过程g ( k ) 。这 样个贝努剥薅骺( b e r n o u l l ig a u s s i a n ) 随拱。模型豹形成过程如躅2 2 2 所示。 9 硕士论文 高速电力钱激情技术研究 器2 。2 2 熊洚手挽模型静移残过程 图2 2 2 中，通过改变脉冲成形滤波器的冲击响应溺数，就可以改变脉冲嘹声 的持续时间，阻及整个随机过程的时间相必性等参数。这样形成的脉冲干扰可以凝 示梵： n ( 露) * h ( i ) g ( k - i ) b ( k - i ) ( 2 ，2 3 ) 其中，p 是辣渖艘形滤波器频率豌盎豹长波。 对我霰蕊逶立静歪努囊簿耘( b e r n o u l l ig a u s s i a n ) 隧撬模型蕊害，骤弹噪声 ( ) 的概率密艘函数可以表承为： p 罗：( 打( 七) ) 。( i - 艿( h ( ) ) + 口，p 妙j ( h ( ) ) ( 2 2 4 ) 箕审，蔌嚣毫蔑k r o n e c k e r 艿逶数，著虽 厂、2 ， p d f n ( k ) = 南时裂嚣j ) 眩2 鼬 罴褥篷舞0 的离辫过程。参数g 度量黥是捧毒于撬瓣强弱。猝毒予撬爨琨褥越灏 繁，它的干扰强度就越大。 2 3 狰壹千挽黠毫交绫避赣燕能鳆羞；囔 由于冲击干扰是对电力绒信道产生影响最严重的噪声，我们裔必要对它的遮种 影躺避蠢研究，并童怒办法寒搀壤这静予撬熬影豌，以谴整个遥行系统魏篷链褥型 蒗罄。大量靛磷究表甓，黔予遴信速率簧求较高懿颥率选择毪衰减壤遴霭喜o f d m 嫩种很有效的调制方式19 】船9 1 1 3 0 1 1 3 1 1 3 。它把串行数据转换成并行数据，并且把邀魑 辨行数据调制捌不同豹频率上进行棱输，具体的o f d m 的原理将农第3 章中作详绷 硕士论文高速电力线通信技术研究 介缨。由于串行数据并行传输，衰落的负颜影响就会散播到许多比特中。这样，袭 落僚遥孛窭现翁，相邻魄穗羧爨劣静信遒糁惶影确，菝至于镪底不能後复懿猿嚣麓 转化为更多的比特受到影响，但是，对每个比特而言，影响减弱，因此在接收端w 以恢复。另外，o f d m 的频带利用率高的特性也是它得以被广泛重视的原因之。 o f d m 终为一季孛鼍# 常逶会予瘦溺在电力线傣莲孛鹃调铡方式，也将襻为本文魏主簧 研究对象在下瑟的章节中进行讨论。本节燕要对它的冲蠢干扰抑制特性与普逶的擎 载波调制进行比较。 在仿真中，我们取a = o 0 1 和g = o 1 ，掰越大表示脉冲出现得越频繁。o f d m 瓣予信遭数嚣分麓为娥= 6 4 。，= 2 5 6 鞫鬣= 5 1 2 ，务子信遘采翔瓣谲翻方式为 q p s k ，与之相比较的单载波调制方式为q p s k 。我们将比较单载波系统与o f d m 系统对不同强度的冲击干扰的抑制能力，以及子信道的多少对o f d m 中制干扰能力 豹影嫡。 对不同的冲击干扰强度( 搓= o t ，球= o 0 t ) ，这两种系统对冲击干抗静鄢制 能力如图2 3 1 和2 3 2 所示。 比 u 扩 1 0 4 1 0 - 3 d = a o l： 、 d = o 1 + 、 h、 os1 01 52 0 e b n 0 d b l 图2 , 3 ，1冲击干扰对单载波系统的影晌 硪士论文 高速电力线通信技术研究 耀2 3 。2 冲毒手抗对o f d m 系统豹影鞠( 兢= 6 4 ) 从图2 3 1 和2 3 2 中可以看出，在情嗓比较低的时候，单载波调制系统体现了 较好的性能，但髓着信噪比的增加，o f d m 系统的性自大大改善，纯其是在干扰强 度较丈嚣墙涎下，o f d m 系统簿整麓墟革载渡系缓荮褥多。镤螽，络定缝蒋锩误攒 率b e r = t 0 ，殿口= 0 0 1 ，肇载波系统和。= 6 4 的o f d m 系统比较丽言，信噪嗽 s n r 将有8 d b 的差异，也就怒说，对予这样一条冲击干扰信道，谯相同的比特错误 檄攀下，应罴6 4 子结遭驰o 国m 系绕将就曩萃载波镄裂系统骚霈要豹信嗓拢少 8 d b ，并显予傣遂翡数匿越雾。链戆差异越大。g ；0 0 1 戆情况下，予信遵静数疆辩 o f d m 系统抗冲击噪声能力的影响如图2 3 3 所示。由图中可见，予信道的数目越 多，o f d m 对比特错误概攀的改善越明撼，抗冲击干扰的能力越强。当子信道的数 阮琵够大黪霹镁，o f d m 系统瓣泞壶予筑信遘黪洼筏将遁近褰蓊嫠邋斡鞋嚣。 硕士论文高速电力线进信技术研究 心2 6 4 | 、? 卜_ n s = 2 5 6 、二 n s = 5 1 2 ： x ：未：蔫 a w g n = i k 、+ 、i 。 f 、 ? 、 i 、 ， i 、：三： 、 i 、 、 、 、 ! 、 譬 、 e n o 融8 图2 3 3 子信道数目对o f d m 抗冲击噪声能力的影响( 口= o o i ) 颤羔讨论瓣楚逛力线痿遂中影羲逶臻豹潦声，戳及多载波调裁系缓o f d m 鼹影 响最严重的冲击噪声的抑制能力。在实际的电力线通俗系统中，除了噪声的影响， 还谢众多其它的不利因素，冀中最主要，也最能反映电力线信道特性的现象就怒多 径效应譬引。壶予邋信过程中魄力线对信号瓣疫射，接收端收到静铸鼍不仅仅是寒壹 实鼯可觅的线路中，雨且来蠢这些反射零| 起的路径中的延迟了懿镶鸯将与来自主髂 道中的信号进行叠加。当信母的最大延迟时间大于信母码字( 对应于不同的基带调 制方式) 的宽度时，就会引起频率选择蚀嶷落。下面就这种信道特性进行分析。并 建立糖应貔售瀵簇鳖。 2 4 电力线信道建模 电力线丽络在拓孛卜结构鞠物理特性方蕊都与传统的遴信媒质，赫澉绞线、网辍 电缆、光缆等肖很大的不同，电力线通信嘲络的信道特性更加不利予数据的传输， 为了用仿真的方式建立合适的电力线通信系统，找到一个电力线传输特性的模型将 硕士论文高速电力线通信技术研究 非常重要 2 6 】【2 7 l 【3 引。因为只有以一个最接近于现实线路传输环境的信道模型为基础， 其他研究工作所得出的结论才是最真实可靠、并且可以应用于现实中的。这里作为 参考的一个模型来自【2 6 】，它是根据“自顶向下”的方式，把电力线通信网络看成一 个黑盒子，通过分析得到它的频率响应日( 厂) 来对它进行描述的，频率范围是 5 0 0 k h z - - 2 0m h z 。这个模型考虑了信号在信道主网络中的物理传输效应，并且这 个信道主网络是含有很多分支和阻抗失配的，这也就会引起我们所说的多径效应， 也即是电力线传输的一个主要问题。除了伴有频率选择性衰落的多径效应以外，对 随着传输线路长度和传输频率而增大的信号衰落也进行了考虑。这个电力线信道模 型是通过大量的测量，基于电力线信道最基本的物理效应分析得到的，而其中的参 数也同样是通过对测量数据进行分析得到的。这个信道模型考虑了理论上的信道特 性，并以现实作为依据，在测试网络中的实验已经证明了它能够很好地逼近实际的 信道特性，所以是本文的一个很好的参考模型。 2 4 1 电力线的物理信号传输效应 1 信号多径传输 电力线上的信号传输不是仅仅发生在发射机和接收机之间的可见的直接信道 中，其它由反射形成的路径也应该考虑在内。这样的话，电力线信道就应该被考虑 成具有频率选择性衰落的多径传输信道。每一条路经i 都有一个加权因子吕，代表 沿着这条路径的反射和传输因子，电力线上的反射和传输因子基本上都小于或等