- 電力線通信信道特點
- 電力線噪聲及其分布特點
- 噪聲分類
- 噪聲測量
- 噪聲分析
1電力線通信信道特點
由于低壓電力線主要任務是在短距離內對50/60Hz電能實行分配,故與專用的通信線路相比,其信道環(huán)境極為惡劣。主要有:
(1)在廣闊的范圍內遇到干擾信號。如用戶的各種電氣設備,特別是陳舊的和有質量缺陷的電器,會給電力線上傳送的信號帶來災難性的干擾。
(2)電力網絡上的阻抗隨負載的變化而會有大幅度的變化,且具有較強的時變性。
(3)由于存在較強的衰減特性,使得電力線上的各個節(jié)點表現(xiàn)出的性能也不盡相同。
影響電力線通信可靠性的主要因素有:噪聲電平高、阻抗變化大、信號電平衰減劇烈等。所以在對低壓電力線通信信道建模時需要考慮噪聲、阻抗和衰減三方面。本文將主要對噪聲特性進行分析與討論。
2電力線噪聲及其分布
電力線上的噪聲源分為非人為噪聲和人為噪聲。非人為噪聲是自然現(xiàn)象所引起的,如雷電在電力線上引起的噪聲;人為噪聲來自各種電器、機電產品和電力線自身引起,電力線的主要噪聲并不是加性白高斯噪聲,基本特性是極短的時間周期內都可能發(fā)生變化。
2.1噪聲分類
低壓電力線上的噪聲一般劃分為5種類型,其功率譜分別如圖1中所示。
(1)有色背景噪聲
由電力線上各種噪聲源產生的組合干擾,是一種隨時間緩慢變化的隨機干擾,其功率譜密度(PSD)隨頻率增加而減小。
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(2)窄帶噪聲
這是一種頻帶很窄的噪聲,主要是短波廣播在頻域上的串擾,其強度在24h內變化不定。一般情況下,由于電離層的反射,夜間干擾比較嚴重,而白天的干擾卻較小。
(3)與工頻異步的周期性脈沖噪聲
通常由大功率電器設備開關的周期性的開閉動作產生,其功率譜為離散的譜線。重復率在50~200kHz范圍內。
(4)與工頻同步的周期性脈沖噪聲
主要是電力設備按50Hz頻率工作產生的脈沖,重復率為50Hz或100Hz。持續(xù)時間很短,功率譜幅度隨頻率增加而減小。
(5)突發(fā)性脈沖噪聲
閃電或網絡上負載的開關操作會產生脈沖噪聲,每個脈沖噪聲都會影響很寬的頻帶。脈沖噪聲的功率譜密度有時會比背景噪聲高出50dB。
2.2噪聲測量
低壓電力線信道噪聲測試的框圖如圖2所示。電力線噪聲通過耦合網絡耦合至示波器,示波器獲取噪聲數(shù)據(jù)并存儲后再傳輸至PC機進行譜分析。耦合網絡主要有兩個作用:一是使測試儀器與220V的強電隔離,保證測試設備的安全;二是耦合網絡中的濾波器對測試頻段外的噪聲進行濾波,減少干擾。
2.3噪聲分析
電力線噪聲分布與時間、地點及負載等密切相關,各噪聲間相互獨立。根據(jù)對低壓信道噪聲數(shù)據(jù)時域和頻域數(shù)據(jù)的分析,這里我們把電力線上的噪聲分成三類來分析,其分別是:背景噪聲、突發(fā)性脈沖噪聲和周期性脈沖噪聲。
(1)背景噪聲
如上所述,背景噪聲包括有色噪聲和窄帶噪聲。背景噪聲的主要特性是低功率的噪聲源,隨頻率的增大而減小,通??杀3謳酌牖驇追昼姡袝r甚至幾小時不變。其在不同頻段的功率譜密度也隨一定時間保持穩(wěn)定。又稱為穩(wěn)態(tài)的背景噪聲。通常晚上的背景噪聲比白天大,圖3為白天和晚上所測背景噪聲時域波形與功率譜。
圖3(a)和(b)為在白天和晚上的噪聲時域采樣波形,(c)為白天、晚上噪聲PSD的比較。晚上的有色背景噪聲和窄帶干擾PSD比白天高出約5~15dB。背景噪聲晚上較高的可能原因是晚上用電負載的增加。
(2)脈沖噪聲
脈沖噪聲是隨時間(以ms或μs級計)變化而變化,功率譜密度較高,在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)錯誤主要就是由脈沖噪聲引起,尤其是突發(fā)性脈沖噪聲。由于突發(fā)性脈沖噪聲是一隨機事件,故其特性可用隨機變量來描述。典型的突發(fā)性脈沖噪聲是因開關瞬態(tài)而引起的。這些脈沖的波形類似于衰減正弦波或重疊的衰減正弦波。