【文章內容簡介】 是電力線通信存在的干擾之一，如在圖2一1所示的電力線通信結構模型中，1與2之間有兩條通路。由于信號通過的這些通路所用的時間不同，延遲信號在接收機端與原始信號疊加產生干擾，即多徑干擾。圖21 多徑效應（MultiPath）產生原理圖噪聲與干擾強噪聲特別是強突發(fā)噪聲是PLC信道的一個最大的特點，也是PLC信道與其他通信信道相比的一個致命的弱點，在很大程度上制約了PLC的發(fā)展。噪聲特性是描述信道傳輸性質的重要參數(shù)之一，其研究要緊密結合通信頻帶。為了簡化對干擾復雜性的分析，PLC信道噪聲從不同角度大致可劃分為以下幾類：圖2一2是在實驗室測得的背景噪聲曲線，頻帶寬度為?？梢钥闯?，背景噪聲的平均功率較小，但頻譜很寬，而且持續(xù)存在，有可能部分或完全覆蓋信號頻譜。因此，通信過程中的信噪比可能會變得較差，而導致通信誤碼率增加。該噪聲時時存在，因其頻譜占據(jù)了整個通信帶寬，擴展信號頻譜不能提供任何增益，擴頻通信技術對其幾乎沒有作用。測量發(fā)現(xiàn)，背景噪聲主要來源是交直流兩用電動機。這種電動機可以在許多家庭用具，如電鉆、攪拌器、電吹風里找到，問題十分嚴重。所幸的是，背景噪聲很少能夠達到最高功率水平，而且它們將與傳輸信號一樣被用戶配電網(wǎng)絡所衰減。它的平均功率譜為 N（f）=10(*105f) （21）式（21）中參數(shù)K隨時間緩慢地變化，大致具有高斯分布；f為頻率（Hz）。 閃電和負載(電容器組、自動調溫器、電冰箱、空調等)的開關操作會產生隨機脈沖噪聲，每個脈沖噪聲都將影響很寬的頻帶。脈沖噪聲的主要參數(shù)是幅度、寬度和到達間歇時間。脈沖幅度和脈沖寬度一起給出了脈沖能量。寬度給出了在給定速率下影響的數(shù)據(jù)位數(shù)，而到達間歇時間則給出了脈沖噪聲發(fā)生的頻率。隨機脈沖噪聲，出現(xiàn)的時間是任意的；其噪聲功率譜密度高，持續(xù)時間短，頻譜寬。電力線上噪聲的短期變化主要由與工頻同步的周期性噪聲和突發(fā)性噪聲引起。與工頻同步的周期性噪聲與突發(fā)性噪聲相比，具有以下特點：本來就很低的功率譜密度隨頻率的提高進一步降低，出現(xiàn)頻率低，持續(xù)時間短，為μs量級。但是，突發(fā)性隨機噪聲的持續(xù)時間卻達到ms量級，而且功率譜密度能高出背景噪聲達5OdB之多，通常會使得所傳送數(shù)據(jù)的若干位甚至整個數(shù)據(jù)傳輸過程發(fā)生錯誤。在低壓電力線路中，它大致具有泊松分布，參數(shù)λ取值范圍為O≤λ≤5103。脈沖噪聲的特點如下：l 脈沖噪聲的強度一般比背景噪聲高1OdB，有時高4OdB。其強度依賴于噪聲源及它離接收機的遠近。l 脈沖噪聲的主要頻率一般為電力系統(tǒng)頻率的2倍。l 由于噪聲和信號都要衰減，所以靠近接收機的噪聲源對信號的接收影響最大，特別當網(wǎng)絡衰減很大的時候。一般由工作在電網(wǎng)頻率的開關器件造成，例如開關電源、電壓觸發(fā)的晶閘管整流器都是產生諧波噪聲的主要根源。因其開關頻率與電源頻率同步，故產生了一系列不同幅度的諧波噪聲。一般情況下，諧波噪聲能量要比基頻小得多。由于線路的衰減特性，通信信號的能量將遠低于它。它的功率一般不超過一45dB。其噪聲頻率為工頻或其整數(shù)倍，持續(xù)時間長，頻域覆蓋范圍廣，功率大，功率譜密度隨頻率上升而減小。來源于電力線上的一些電子設備，一般由電視接收機和計算機顯示器產生，在頻率空間上是離散的，主要分布在5OHz一200Hz。脈沖的重復頻率依賴于電視機和顯示器的掃描頻率標準。對高分辨率和圖像偏移質量的追求將使這些頻率越來越高。 在用仿真的方法研究低壓電網(wǎng)載波通信時，建立用某些特性參數(shù)描述噪聲的模型非常必要。若針對以上的基本分類進行模塊化建模，則任一種復雜噪聲情況都可以通過基本模塊模型的疊加來表示。 ，噪聲整形濾波在z平面上的傳遞函數(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)有噪聲源的方差б2和濾波器系數(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。 背景噪聲模型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，也可先在頻域中合成，再通過反快速傅立葉變換(IFFT)得到。 脈沖噪聲 脈沖噪聲是低壓電力線通信的嚴重有害源，其對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懗潭戎饕怯擅}沖的幅度、脈寬和間隔時間決定。文[8]提出了噪聲脈沖的幅度、脈寬和間隔時間的概率分布估計，根據(jù)測量結果得出了如下結論：脈沖噪聲強度一般比背景噪聲水平高10dB，有時可以超過40dB，脈沖強度與噪聲源的強度和噪聲源離接收裝置的距離有關；主要脈沖系列的脈沖頻率(由脈沖間隔時間決定)一般為120Hz，它與60Hz電源電壓的正負周期同步；對于120Hz脈沖噪聲，其脈寬變化達到幾個百分點；脈寬與所選定的幅度水平T有關，一般來說，脈沖寬度隨T增加而減?。挥行┰肼曉磳⒃黾颖尘霸肼暪β?如真空吸塵器和攪拌機)，其它一些將增加脈沖噪聲功率(，燈光調節(jié)器以同樣的概率產生高于背景噪聲40dB的脈沖噪聲）。 考慮到脈沖為隨機事件的事實，其特性可以用隨機變量來描述，這里通過一個分割馬爾可夫鏈對脈寬和脈沖間隔時間進行模擬。假定把噪聲狀態(tài)分成兩組A(i=1，2…，v)和B(i=1+v，2+v，…，n)，A中的v個狀態(tài)表示沒有脈沖事件發(fā)生的情況，B中的w=nv個狀態(tài)表示有脈沖事件發(fā)生的情況。則脈沖寬度大于某個寬度tw的概率，用離散時間k表示為：其中，gw+1，j表示從B中的某個狀態(tài)j向臨界狀態(tài)w+1過渡(脈沖開始消失)時的轉移概率，gjj表示B中的某個狀態(tài)不發(fā)生狀態(tài)轉移(脈沖保持)的概率。 脈沖間隔時間超過某一時間跨度tA的概率，用離散時間k表示為：其中，uv+1，j表示從A中的某個狀態(tài)j向臨界狀態(tài)v+1過渡(脈沖開始發(fā)生)時的轉移概率，ujj表示A中的某個狀態(tài)不發(fā)生狀態(tài)轉移(無脈沖保持)的概率。 通過以上對電力線信道特性的分析，可以看到建立一個通用精確模型來模擬所有低壓配電網(wǎng)通道情況是非常困難的，但是我們可以建立一個能反映通道基本特性的近似模型。下面我們采用帶有加權因子的時間抽頭模型來模擬電力線多徑衰落信道，建立具有頻率選擇性衰落的信道傳輸函數(shù)模型。 電力線中的信號傳輸可以根據(jù)傳輸線的特征阻抗ZL和傳輸常數(shù)γ決定。其中R為單位長度電纜阻抗，G為單位長度電纜電導，L為單位長度電纜電感，C為單位長度電纜電容。 如果傳輸線的阻抗匹配，則只需要考慮從信號源到接收機之間的傳輸損耗。長度為L的電力線傳輸函數(shù)可以定義為：式中，前一項代表幅度傳輸函數(shù)，后一項代表相位傳輸函數(shù)。電纜為弱損耗傳輸媒質，電力線中R(f)2πfL(f)，G(f)2πfC(f)。由于L，C與頻率的相關性不大，所以特征阻抗ZL和傳輸常數(shù)γ可以用下面的方法近似： 簡化電纜參數(shù)可以得出 傳輸常數(shù)的實部a表示電力線衰減系數(shù)，它隨f的增加而增加。a與f的關系可以表示為 α(f)=a0+a1f k因此，單根電纜的幅度傳輸函數(shù)可以表示為： 多徑傳輸模型對于多徑傳輸。在這一模型中，信道的沖擊響應為 式中τi表示信道延時，Kt表示信道信號幅度的衰減。信道傳輸函數(shù)為 而τi=di/Vp。其中di表示信道長度，Vp表示信號在電力線中的傳播速度。所以H（f）可表示為式中，a0，a1為電力線參數(shù)決定衰減常熟，gi為衰減因子，它與電力線網(wǎng)絡結構、信道傳輸路徑的長度有關，di是路徑i的長度。 。 該信道模型包含三個模塊：(1)輸入耦合，該模塊模擬由于電力線阻抗變化而導致的耦合損耗；(2)噪聲，該模塊包含電力線信道中的三類主要噪聲，它們是背景噪聲、窄帶噪聲和脈沖噪聲；(3)信道衰減，該模塊反映電力線信道固有的對信號的頻率選擇性衰落和限帶特性。 擴頻通信的可行性，是從信息論中關于信息容量的香農公式和抗干擾理論中關于信息傳輸差錯的柯捷爾尼科夫公式中引申出來的。（1） 香農公式 式中： C是信道容量(可用傳輸速率量度)； W是系統(tǒng)傳輸帶寬； S/N是系統(tǒng)的信噪比； 該公式表明，在高斯信道中，當傳輸系統(tǒng)的信噪比S/N下降時，可以通過增加系統(tǒng)傳輸帶寬W的辦法來析持信道容量C不變。以擴展頻譜來換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的主要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。(2) 柯捷爾尼科夫公式 式中Powi 為差錯概率 ，E 為信號能量，N0為噪聲功率譜密度；又因為，信號功率 P = E / T (T為信息持續(xù)時間)； 噪聲功率 N=WN0 (W為信號頻帶寬度)； 信息帶寬 F =1 / T ；則原式可化為：(其中，W/F=Gp 為擴頻通信的處理增益) 由以上可以看出，在信噪比較低的情況下，若想保持差錯概率不變，則可以通過增大處理增益Gp來實現(xiàn)（即在保持F不變的情況下，增大信號頻帶寬度W）。該公式同樣為擴頻通信理論奠定了基礎。1) 直接序列擴頻(DS) 該方式是擴頻通信中使用范圍最廣、最典型的一種工作方式。直接序列擴頻的具體實現(xiàn)是，在發(fā)送端將要傳輸?shù)男盘?，?jīng)過信息調制變成具有一定帶寬的調頻(FM)或調相(PM)信號；再由偽隨機編碼(PN碼)將該基帶信號調制成具有相當帶寬的寬帶信號，并將該信號發(fā)送至接收端。在接收端接收到傳輸信號后，先通過同步電路捕捉發(fā)送來的PN碼的準確相位，由此產生與發(fā)送來的PN碼相位完全一致的接收用PN碼，并作為擴頻解調所用的解調信號；爾后，用該PN碼將接收到的寬帶信號解擴，從而得到基帶信號，再將基帶信號經(jīng)過解調得到所需要的原始信號。2)跳頻方式(FH) 跳頻方式與直序擴頻方式的不同之處在于，直序擴頻方式的發(fā)射載波頻率是一定的，而跳頻方式的載波頻率受PN碼發(fā)生器控制，在相當帶寬的頻帶內，隨機跳變，從而實現(xiàn)基帶信號帶寬B1到發(fā)射信號帶寬B2的頻譜擴展。受PN碼發(fā)生器控制的發(fā)射載波頻率發(fā)生器，實際上是高速數(shù)字控制頻率跳變的頻率合成器，因此，載波調制多半使用與相位無關的調頻方式，其跳頻工作被稱為非相干FH方式。3)跳時方式(TH) 該方式的工作特點在于，發(fā)射端將信息數(shù)據(jù)送入受偽隨機編碼控制的脈沖發(fā)射機，再由該發(fā)射機發(fā)射出攜帶信息數(shù)據(jù)的偽隨機間隔射頻信號。這種工作方式，使得在隨機時分多址通信中，發(fā)射機和接收機使用同一天線成為可能。但是，在實際應用系統(tǒng)中，該方式多半需要與其它工作方式混合使用。4)寬帶線性調頻方式(Chirp) 寬帶線性調頻調頻，過去是作為雷達測距的一種工作方式使用的。在發(fā)射端，發(fā)射波是一個寬脈沖，并被變換成頻偏為f的寬帶調頻波；在接收端，接收機使用具有高頻率范圍、延遲時間小的脈沖壓縮濾波器，得到帶寬極窄的壓縮脈沖波。 由于擴頻通信使用擴頻序列碼進行擴頻調制，使原始的窄帶信號能夠以寬帶信號的形式在信道中傳輸，從而使得擴頻通信具備了許多窄帶通信所不具備的優(yōu)良性能。1)抗干擾性能好擴頻通信在傳輸時所占有的帶寬相對較寬，而在收端有采用相關檢測的方法來解擴，使有用信號恢復成窄帶信號，而把無用信號擴展成寬帶信號，然后通過窄帶濾波器提取有用的信號。對于各種干擾信號，由于不具有PN碼的相關性，因此，在解擴后的窄帶信號中其所占的比例很小，系統(tǒng)的信噪比很高，抗干擾的能力強。2)保密性好 由于擴頻通信使用的PN碼，不僅碼元周期很長，而且在一個周期中還具有隨機性，這就使經(jīng)它調制后的數(shù)字信息類似于隨機噪聲，從而保證了信息在信道中傳輸?shù)陌踩?。另外，同樣是由于PN碼的使用，在接收端進行解擴時，只有當本地PN碼與收到的PN碼完全一致時，才能有效地恢復信息，這就使得只有擁有相同PN碼的指定接收端才能得到有效信息，避免了信息被非法用戶接收的情況，從而提高了傳輸?shù)谋Ｃ苄浴?)精確定時和測距 在擴頻通信中，由于擴展頻譜很寬，因此擴頻碼的速率很高，每一個碼元占用的時間就很短。當發(fā)射出去的擴頻信號被被測物體反射出來后，在接收端解調出反射回來的擴頻序列，然后通過比較原碼元序列與反射碼元序列的相位之差，就可以精確測出擴頻信號的往返時間差，從而算出兩者之間的距離。4)抗多徑干擾 多徑干擾是發(fā)射信號在傳播過程中，遇到反射體引起反射或折射，形成對直接到達發(fā)射機的信號所造成的干擾。擴頻通信利用擴頻碼的自相關性，通過在接收端從多徑信號中提取和分離相關性最強的信號，或把不同路徑的傳送的同一碼序列進行波形和加，從而得到所要的信號，避免了多徑干擾。5)現(xiàn)碼分多址 擴頒通信采用PN碼調制的方法盡可能的擴展了信息數(shù)據(jù)的頻帶，使得通信抗干擾能力大大增強，但是由于采用很寬的頻帶傳送很窄的數(shù)據(jù)信息，則必然導致頻帶利用率降低，因此必須實現(xiàn)多用戶共用同一頻帶。建立在擴頻技術上的碼分多址技術(CMDA)，充分利用了各種不同碼型的擴頻碼序列之間良好的自相關和互相關特性，使得在接收端解擴時各用戶之間的擴頻碼彼此相互影響非常小，能夠在同一擴頻帶寬內，互不干擾的發(fā)送和接收信號，實現(xiàn)多址通信。6)可承擔多種通信業(yè)務 擴頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術，因此適用于計算機網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)和圖像傳輸?shù)取?)安裝簡便、易于維護擴頻通信設備是高度集成，采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術，因此，十分可靠、小巧，大量運用后成本低，安裝便捷，易于推廣應用。在目前較為成熟的電力線載波照明控制系統(tǒng)中較普遍地存在盲區(qū)問題，在用電高峰期容易出現(xiàn)信號丟失現(xiàn)象。如果存在的現(xiàn)象為時變的，則問題更嚴重，需要在技術上克服。目前一些窄帶調制的設施多采用自動切換頻道和選擇中繼的方式在一定程度上來解決這個問題。需要進一步研究窄帶噪聲抗干擾技術以獲得足夠的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。目前常