低压电力线通信若干关键技术应用研究.docVIP

哈尔滨工业大学 1.1 课题背景 1.2 课题意义 电力线通信(Power Line Communication)技术简称为 PLC 技术，有时也称电力线上网技术。主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是将载有信息的高频信号加载到电力线上,用电线进行数据传输,通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来,传送到终端设备。是目前发展前景十分看好的宽带接入技术，也是利用配电网低压线路传输高速数据、话音、图像等多媒体业务信号的一种通信方式。最早出现于上世纪二十年代初期。近年来，随着 Internet技术的飞速发展，利用 220V低压电力线传输高速数据的价值越来越为人们所重视，因为它具有不用布线、覆盖范围广、连接方便的显著特点。 随着全球化的广泛渗透, 电力线通信(PLC)作为一种新的家庭联网和宽带接入技术日益引起了人们极大的关注。高速上网变得越来越重要, 尤其对许多家庭和小办公室来说, 如何利用入户的线路提供互联网高速接入已经成为非常实际和日益迫切的需求。众所周知, 入户的线路除了电话线和有线电视电缆以外, 就是电力线。而电力线是其中普及最广的线路,几乎家家户户每个房间都有电源插座。电力供电网络四通八达,而低压电力线连接千家万户,构成最普及的网络。利用它进行数据通信,传递各种信息,不占用无线频道资源,亦无需铺设专用通讯线路,省工、省钱、维护简单、无疑有着美好的前景。这项技术越来越受到计算机与通讯界专业人士的高度重视,并成为IT业的又一个新的研究热点。 虽然低压电力线宽带通信具有投资成本少、建设速度快、接入方便的特点，是解决宽带接入“最后一公里”的理想方案之一[1]。但由于低压电力线最初的设计是用来传送电力而非通信，相比于其它有线通信媒介而言，电力载波通信为在已加载工频电力信号的通路上传输高速数据信息，它也具有信道不稳定，工作环境恶劣、干扰严重以及时变性大等特点从而成为了限制低压电力线通信发展的根本原因。同时，信号很容易产生反射、驻波和谐振等现象，使信号的衰减特性极其复杂，造成电力载波通信信道具有很强的频率选择性。 由于低压电力线主要任务是在短距离内对50 Hz电能实行分配,故与专用的通信线路相比,其信道环境极为恶劣。主要有: (1)在广阔的范围内遇到干扰信号。如用户的各种电气设备,特别是陈旧的和有质量缺陷的电器,会给电力线上传送的信号带来灾难性的干扰。 (2)电力网络上的阻抗随负载的变化而会有大幅度的变化,且具有较强的时变性。 (3)由于存在较强的衰减特性,使得电力线上的各个节点表现出的性能也不尽相同。 并且，和许多其他通信信道不同的是，低压电力线信道的噪声不仅仅是一个附加的高斯白噪声环境，从几KHZ到20MHZ范围内主要由窄带噪声和脉冲噪声主导。并且具有时变性，随着环境的不同，噪声的大小也是不一样的。可分为： （1）有色背景噪声（colored noise）：具有相对较低的功率谱密度，并且随着频率的变化而变化。这类噪声主要是由众多低功率的噪声源合并在一起造成的，他的功率谱密度在数分钟或者数小时内是保持不变的。 （2）窄带噪声（narrow band noise）：大多数是幅度调制的正弦信号，这种类型的噪声主是由于中短广播频段的广播电台引起的，白天和晚上该噪声对信号的影响是不同的。 （3）与工频异步的脉冲性周期噪声（periodic impulse noise asynchronous to the mains）：这些脉冲大多数情况下的重复频率在50KHZ到200KHZ之间，从而导致了在频谱上有许多重复频率间隔的离散的线。这类类型的噪声主要是由电源设备的开关引起的。 （4）与工频同步的周期性脉冲噪声（periodic impulse noise synchronous to the mains）：这种脉冲的重复频率为50HZ或者100HZ，和电源的周期是同步的。他们具有很短的持续时间，并且功率谱密度是随着频率下降而下降的。这种类型的噪声主要是由于供电设备的操作和电源周期同步引起的。 （5）异步脉冲噪声（asynchronous impulse noise）：主要是由于电力线网络中的开关瞬间引起的一种噪声，这种噪声持续从几微秒到几毫秒，间隔时间是随机的，这种噪声的功率谱甚至可以高出背景噪声50dB。 如何精确地建立有效的电力载波通信信道传输模型，降低噪声对电力线通信的干扰，对于电力载波通信技术的发展和应用支持具有重大理论意义和实用价值。 因此，本课题着重研究精确地有效的电力载波通信信道传输模型和有效的抗噪声干扰技术。 作为通讯技术的一个新兴应用领域,电力载波通讯技术以其诱人的前景及潜在的巨大市场而为全世界所关注,成为世界各大公司及研究单位争相研究的热点。国外许多著名公司和研究单位都在对此进行研究,并开发出