浅析电力线载波的信号处理技术

3.0 闻远设计 2025-03-24 123 4 15.69KB 3 页 5光币

浅析电力线载波的信号处理技术
　 　 Signal　Processing　for　Powerline　Carrier//XU　Guoqiang 　，FENG　Xiuling
　 　 Abstract　In　this　paper 　，signal　processing　techniques　to　combat　the　adverse　communications　
environment　on　power　lines　are　addressed 　，so　as　to　enable　reliable　high　speed　data　communications　
over　low-voltage　power　distribution　networks　for　Internet　access　and　in-home/office　networking.　It　is　
seen　that　multi-carrier　code　division　multiple　access　（MC-CDMA 　）， multi-user　detection　
（MUD 　）， and　turbo　decoding 　，having　demonstrated　their　limit-approaching　capacity　in　digital　
subscriber　line　and　wireless　communication　systems 　，are　readily　applied　to　power-line　carrier.　
Strategies　to　deal　with　the　most　unfavorable　noise　source 　，the　impulse　noise 　，are　alsodiscussed.
　 　 Key　words　signal　processing　technology 　；power-line　carrier；net-work
　 　 1　引言
　 　 Internet 的日益普及促使家庭用户对互联网带宽有更大的需求。目前，网络连接都是从光
纤网络 “单元通过窄带双绞线的方式接入用户，即所谓的 最后 1 ”公里 。而这也正是互联网发展
的瓶颈。为满足家庭/办公室不断增加的网络需求，就必须提高宽带网络接入的灵活性。
　 　 当前，解决高速数据传输的方式有两种：无线网络和有线网络。电力线载波（Power-Line　
Carrier，后文简称为 PLC）传输是一种有线网络，在电力线的通信信道中存在各种各样的噪
声，其中，由于电网中的暂态过压造成的异步脉冲噪声尤其明显。这类噪声的 PSD（Power　
Spectral　Density，功率谱密度）将超过背景噪声 50　dB。这就使得电网进行高速数据传输的过程
中很容易产生突发性的错误。另外，多地址干扰也是影响通信质量的一个重要因素。低压电网
中从变压器到多用户住宅的特性决定了该通信信道的复杂性。可见，要将电力线载波技术应用
到实际的通信中，必须要通过信号处理技术解决该通信信道中的噪声问题。
　 　 2　电力线通信模型
　 　 目前，电力线通信技术仍然是一个比较新的领域，一些标准正在逐步建立，特别是应用在
宽带通信方面。欧洲国家在使用的 EN50065 标准，指定一个为频段 3～148.5　kHz
　 　 的低电压电源信号。对于高速的互联网数据传输来说，这显然是不够的。由于电力线通信
需要从低频率的信号中分离出高频率的网络信号，因此，该技术与其他直接传输信号的技术相
比需要更宽的带宽。如果要达到高质量的通信要求，并与传输速率为 1～10　M/s 的网线连接，
那么，电力线通信的带宽应该达到 10　M 以上才能满足通信的要求。通过调幅的方式进行电力
线载波，考虑到低压电网的性质和潜在的服务需求，电力线的带宽范围甚至要达到 30　M。但
是，随着频率的增加，电力线的衰减也会大大增加。
　 　 对电力线载波通信信道进行数学建模，如式 1所示：
　 　 其中，Np 代表传输路径的数量，gi 代表第 i路的加权因子，di 代表第 i路的长
度，a0，a1，k为相对于频率和长度的一般参数，vp 为与导线长度相关的常量参数。
　 　 这个模型可以对电力线载波信号进行准确的仿真。在实际的电网中，往往存在众多的分支
机构和电源网络阻抗失配的情况。该模型对这样的电网中的物理信号进行了仿真。由于多路径
的信号传输，电力线的信号衰减与传输路径的长度和信号频率是成正比的。对 4个不同用户进
行模拟信道频率响应，如图1所示，可以很容易地看到信道中传输信号的频率依赖性衰减和频
率选择性衰落。
　 　 在拥有多个用户的 DS-CDMA（Direct-Sequence　Code　Division　Multiple　Access，直接序列
扩频传输）传输系统中，每个用户都会等概率地获得M个独立的二进制相移键控码元的帧，
而且这些来自不同用户的符号序列被认为是相互独立的。每个用户的信号通过多途径的方式进
行传播，这就使得接收器处的信号是多个用户的信号的叠加和环境噪声。通常情况下，离散时

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摘要：

浅析电力线载波的信号处理技术　　Signal　Processing　for　Powerline　Carrier//XU　Guoqiang　，FENG　Xiuling　　Abstract　In　this　paper　，signal　processing　techniques　to　combat　the　adverse　communications　environment　on　power　lines　are　addressed　，so　as　to　enable　reliable　high　speed　data　communications　over　low-voltage　power　distr...

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