超宽带脉冲在电力线通信中的特征表现.doc

超宽带脉冲在电力线通信中的特征表现摘要：当今宽带电力线通信已成为瞩目的通信技术，因为通过已有的楼宇电力线可以进行经济有效的高速率。数据传输业务；然而目前宽带电力线受限于现有研究带宽的限制，只考虑小于30MHz的通信信号。本文通过一种新的方法对电力线上的超宽带脉冲传输进行了研究探讨，运用有限差分技术队超宽带脉冲的特性进行了仿真。引言随着因特网的爆炸式发展人们在家或工作中通过接入因特网来获取外面世界的信息已变得必不可少，然而如今经由电话线接入到因特网骨干网已成为首选。因此使用者需要向公共电话交换网的提供商交纳额外的费用，而且两台及以上的电脑通过一根单独的电话线连接到因特网的话就需要额外的设备，如：集线器、交换器和路由器。目前，世界上研究宽带电力线通信的热情日益高涨，在这个领域开展越来越多的实验为“最后一公里”的接入问题提供一种解决方案，因为电力网的建立由来已久并且仍然保持向各个家庭供电，因此运用楼宇已有的电力线传输高速率数据是一个廉价而又高效的方式，这样还可以免去架设新线所带来的麻烦。每台电脑或家用设备可以通过电源插座接头与因特网相连，形成一个高速数据传输的家庭网络比如构建局域网（LAN）的成本很低而且可以呈现多媒体业务如：高清电视，电视游戏和家用可视电话。除此之外，宽带电力线通信还可用于大型交通运输工具如汽车、火车和飞机，不同的电缆线路用于建立本地命令控制网络的底层物理层，随着局域网技术和相关网络协议的不断完善，本地命令控制网将会朝着本地宽带网络的方向发展。时至今日，大多数宽带电力线通信的研究主要集中在小于30MHz的低频段部分，这样不仅会对其它设备服务造成不必要的干扰而且在低带宽下工作还会受到相关限制。美国联邦通信委员会P art 15对宽带电力线接入系统具有严格的辐射排放标准，只允许最高频率达1GHz。根据美国联邦通信委员会的规定，宽带电力线接入系统将会引入自适应干扰抑制技术来逐渐减少功率辐射并调整工作频段以达到避免与现有授权的服务设备发生干扰，然而到目前为止对超宽带技术通过宽带电力线通信的频率范围还没有明确的规定限制，为了使传输速率达到G bit/s，像超宽带脉冲这样的甚高频信号可用在电力线信道上进行传输，而现在还未有相关实验演示在高频信号传输过程中电力线信道的具体特征表现。电力线上的超宽带脉冲超宽带（Ultra wide-band,UWB）无线电通信是一种无载波基带脉冲技术，其基本原理是发送和接收极短持续时间的突发脉冲，通常脉冲持续时间几十皮秒，由此形成在频率范围内极宽的波形。美国联邦通信委员会（FCC）将单个UWB脉冲信号的带宽限定在3.1GHz10.6GHz范围内。从此以后，超宽带无线通信技术引起了人们的广泛研究。本文中图1所示的单一超宽带脉冲即满足美国联邦通信委员会规定的辐射限定。图1.经电力线传输的单一超宽带脉冲（a）超宽带脉冲波形（b）在FCC要求下的超宽带脉冲功率谱密度波形本次研究所采用的电力线是三芯柔软型PVC电缆，如图2所示。运用CST Microwave Studio软件对电力线进行仿真建模。图3所示，在1米长电力线仿真模型的两端内置50的同轴连接器，这样超宽带脉冲就可以经过上述的电力线进行传输。图2.三芯柔软型PVC电缆图3.（a）在CST Microwave Studio环境下的1米长电力线仿真模型（b）电力线的截面图电力线中填充多种不同模式的导体，其中火线连接至同轴连接器的中间同时零线连接至同轴连接器的外保护层，图1所示的就是从一端传输到另一端接收的超宽带脉冲。时域波形图4所示就是在1米长仿真模型中的传输、反射和接收波形。图1所示的是超宽带脉冲的信源信号，但是图中显示出返回到发射端较强的反射信号，造成此种现象的原因是在同轴连接器与电力线之间的接口不连续，值得注意的是如图4所示在主信号到达接收机之前存在蜂鸣脉冲。因此，我们意识到当超宽带脉冲进行传输时，在接收的另一端存在两种信号，这是因为在三芯导体的电力线中存在多种模式造成的。为了证实上述的解释分析，相同的条件下进行另外一组实验；不同于上组的是电力线在共模条件下进行，即在此种条件下三种导体：火线、零线和地线都连接至同轴连接器的中心同时同轴连接器的表面保持断开。图5所示的是在共模条件下传输、反射和接收信号，值得注意的是在到达5ns处只存在一种信号，此时在图4中显示的是蜂鸣脉冲。因此上述结论表明图4所示的主信号无法在共模环境下进行传输只有在异模条件下才会出现共模和异模信号，即传输、反射、蜂鸣以及接收信号。图4.仿真模式下所示传输、反射和接收脉冲的时域波形图5.仿真共模模式的时域波形结论文中对超宽带脉冲通过电力线传输进行了一种新的研究方法，这里采用的是三芯柔软型PVC电力线，信号在传