低壓電力線通信若干關(guān)鍵技術(shù)研究

1、. 工業(yè)大學(xué)低壓電力線通信假設(shè)干關(guān)鍵技術(shù)研究課題研究現(xiàn)狀1.1 課題背景人類在傳輸和使用電能的過程中建立了普及全球的電力網(wǎng),利用它作為信息傳輸?shù)奈锢砭W(wǎng)絡(luò)來建成電力線通信網(wǎng),不需另外布線,可節(jié)省大量的信道建立費(fèi)用,是目前唯一不需線路投資的有線通信方式。電力線載波通信(PLC)并不是一項(xiàng)新技術(shù),它出現(xiàn)于上世紀(jì)20年代。在我國的應(yīng)用也已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史了。利用高壓輸電網(wǎng)進(jìn)展載波通訊早已被電力部門用于電網(wǎng)管理和話音通信,并有包括加工設(shè)備(高頻阻波器等)、結(jié)合設(shè)備(耦合電容、結(jié)合濾波器等)及載波機(jī)等在的成套設(shè)備供給。而利用低壓輸電線路組成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),則是近十幾年迅速開展的一門新技術(shù)。1.2 課題意義

2、電力線通信(Power Line munication)技術(shù)簡稱為 PLC 技術(shù)，有時(shí)也稱電力線上網(wǎng)技術(shù)。主要是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。該技術(shù)是將載有信息的高頻信號加載到電力線上,用電線進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸,通過專用的電力線調(diào)制解調(diào)器將高頻信號從電力線上別離出來,傳送到終端設(shè)備。是目前開展前景十分看好的寬帶接入技術(shù)，也是利用配電網(wǎng)低壓線路傳輸高速數(shù)據(jù)、話音、圖像等多媒體業(yè)務(wù)信號的一種通信方式。最早出現(xiàn)于上世紀(jì)二十年代初期。近年來，隨著 Internet技術(shù)的飛速開展，利用 220V低壓電力線傳輸高速數(shù)據(jù)的價(jià)值越來越為人們所重視，因?yàn)樗哂胁挥貌季€、覆蓋圍廣、連接方便的顯著特點(diǎn)。隨

3、著全球化的廣泛滲透, 電力線通信(PLC)作為一種新的家庭聯(lián)網(wǎng)和寬帶接入技術(shù)日益引起了人們極大的關(guān)注。高速上網(wǎng)變得越來越重要, 尤其對許多家庭和小辦公室來說, 如何利用入戶的線路提供互聯(lián)網(wǎng)高速接入已經(jīng)成為非常實(shí)際和日益迫切的需求。眾所周知, 入戶的線路除了線和有線電視電纜以外, 就是電力線。而電力線是其中普及最廣的線路,幾乎家家戶戶每個(gè)房間都有電源插座。電力供電網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá),而低壓電力線連接千家萬戶,構(gòu)成最普及的網(wǎng)絡(luò)。利用它進(jìn)展數(shù)據(jù)通信,傳遞各種信息,不占用無線頻道資源,亦無需鋪設(shè)專用通訊線路,省工、省錢、維護(hù)簡單、無疑有著美好的前景。這項(xiàng)技術(shù)越來越受到計(jì)算機(jī)與通訊界專業(yè)人士的高度重視,并成為

4、IT業(yè)的又一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。1.3 課題目的雖然低壓電力線寬帶通信具有投資本錢少、建立速度快、接入方便的特點(diǎn)，是解決寬帶接入“最后一公里的理想方案之一1。但由于低壓電力線最初的設(shè)計(jì)是用來傳送電力而非通信，相比于其它有線通信媒介而言，電力載波通信為在已加載工頻電力信號的通路上傳輸高速數(shù)據(jù)信息，它也具有信道不穩(wěn)定，工作環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重以及時(shí)變性大等特點(diǎn)從而成為了限制低壓電力線通信開展的根本原因。同時(shí)，信號很容易產(chǎn)生反射、駐波和諧振等現(xiàn)象，使信號的衰減特性極其復(fù)雜，造成電力載波通信信道具有很強(qiáng)的頻率選擇性。由于低壓電力線主要任務(wù)是在短距離對50 Hz電能實(shí)行分配,故與專用的通信線路相比,其信道環(huán)境

5、極為惡劣。主要有:(1)在廣闊的圍遇到干擾信號。如用戶的各種電氣設(shè)備,特別是舊的和有質(zhì)量缺陷的電器,會給電力線上傳送的信號帶來災(zāi)難性的干擾。(2)電力網(wǎng)絡(luò)上的阻抗隨負(fù)載的變化而會有大幅度的變化,且具有較強(qiáng)的時(shí)變性。(3)由于存在較強(qiáng)的衰減特性,使得電力線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出的性能也不盡一樣。并且，和許多其他通信信道不同的是，低壓電力線信道的噪聲不僅僅是一個(gè)附加的高斯白噪聲環(huán)境，從幾KHZ到20MHZ圍主要由窄帶噪聲和脈沖噪聲主導(dǎo)。并且具有時(shí)變性，隨著環(huán)境的不同，噪聲的大小也是不一樣的?？煞譃椋?有色背景噪聲colored noise：具有相對較低的功率譜密度，并且隨著頻率的變化而變化。這類噪聲主

6、要是由眾多低功率的噪聲源合并在一起造成的，他的功率譜密度在數(shù)分鐘或者數(shù)小時(shí)是保持不變的。2窄帶噪聲narrow band noise：大多數(shù)是幅度調(diào)制的正弦信號，這種類型的噪聲主是由于中短播送頻段的播送電臺引起的，白天和晚上該噪聲對信號的影響是不同的。3與工頻異步的脈沖性周期噪聲periodic impulse noise asynchronous to the mains：這些脈沖大多數(shù)情況下的重復(fù)頻率在50KHZ到200KHZ之間，從而導(dǎo)致了在頻譜上有許多重復(fù)頻率間隔的離散的線。這類類型的噪聲主要是由電源設(shè)備的開關(guān)引起的。4與工頻同步的周期性脈沖噪聲periodic impulse noi

7、se synchronous to the mains：這種脈沖的重復(fù)頻率為50HZ或者100HZ，和電源的周期是同步的。他們具有很短的持續(xù)時(shí)間，并且功率譜密度是隨著頻率下降而下降的。這種類型的噪聲主要是由于供電設(shè)備的操作和電源周期同步引起的。5異步脈沖噪聲asynchronous impulse noise：主要是由于電力線網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)瞬間引起的一種噪聲，這種噪聲持續(xù)從幾微秒到幾毫秒，間隔時(shí)間是隨機(jī)的，這種噪聲的功率譜甚至可以高出背景噪聲50dB。如何準(zhǔn)確地建立有效的電力載波通信信道傳輸模型，降低噪聲對電力線通信的干擾，對于電力載波通信技術(shù)的開展和應(yīng)用支持具有重論意義和實(shí)用價(jià)值。因此，本課題

8、著重研究準(zhǔn)確地有效的電力載波通信信道傳輸模型和有效的抗噪聲干擾技術(shù)。二、國外相關(guān)技術(shù)研究作為通訊技術(shù)的一個(gè)新興應(yīng)用領(lǐng)域,電力載波通訊技術(shù)以其誘人的前景及潛在的巨大市場而為全世界所關(guān)注,成為世界各大公司及研究單位爭相研究的熱點(diǎn)。國外許多著名公司和研究單位都在對此進(jìn)展研究,并開發(fā)出相對應(yīng)的器件和產(chǎn)品,如: Intellon、Thomson、Atmel、Itron、Ds2等等。隨著PLC的開展,相繼成立了相關(guān)的一些國際性PLC組織,如由3、AMD公司發(fā)起組織的HomePlug電力線聯(lián)盟,該聯(lián)盟已制定了第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)草案(Home Plug 1. 0 Specification)。我國研究低壓電力線載波技

9、術(shù)起步較晚,但開展速度較快。中國電科院1997年開場研究低壓電力線載波技術(shù), 2000年開場引進(jìn)國外的PLC芯片,研制了2Mbps樣機(jī)。2001年下半年進(jìn)展了小規(guī)?，F(xiàn)場試驗(yàn),取得了較好實(shí)驗(yàn)效果。2003年成功研制了EPLC-45M和EPL-14系統(tǒng)。另外,一些高等院校的電力系、通信系也對PLC進(jìn)展理論研究,如華中科技大學(xué)電力系對時(shí)變信道的信號均衡取得了一定的進(jìn)展。此外,一些企業(yè)也在對PLC技術(shù)進(jìn)展研究,如國電、電力公司、中電飛華公司等都引進(jìn)國外芯片進(jìn)展PLC研究。2.1 信道建模技術(shù)決定信道建?？煽啃院蜏?zhǔn)確性的2個(gè)重要因素是模型參數(shù)和建模算法。按照模型參數(shù)的獲取方法，建模方法可分為自頂向下法和

10、自底向上法。自頂向下法的又分為兩類：一類是將電力線信道看成一個(gè)整體，通過各種參數(shù)擬合算法得到所需的各種參數(shù)；第二類是將傳輸線系統(tǒng)看作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，通過求解傳輸矩陣來建立信道模型。與上述方法相對應(yīng)的自底向上法，根本思想是按照網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際接線，考慮阻抗不匹配點(diǎn)的反射和衰減來建立信道模型。信道建模技術(shù)中的自頂向下法最早采用此方法并進(jìn)展仿真驗(yàn)證的是 1999 年P(guān)hilipps提出的電力線多徑傳輸模型。其指出由于信號在阻抗不匹配點(diǎn)會產(chǎn)生反射，因此從信號發(fā)射點(diǎn)到達(dá)信號接收點(diǎn)間的波不止一條通路，由多條路徑重疊而成，因此電力線傳輸信道可以用多徑傳輸模型來建模。文獻(xiàn)2中提出一種自低向上的一種建模方法，但是該方

11、法要了解低壓配電網(wǎng)絡(luò)中所有元件的特性，然后建立傳輸矩陣，需要大量的計(jì)算量。文獻(xiàn)3中則提出一種自頂向下的建模方法，該方法只需要少量的幾個(gè)參數(shù)就可以模擬低壓電力線傳輸特性。2.1.2信道建模技術(shù)自頂向下法1二端口網(wǎng)絡(luò)一種方法是將傳輸線系統(tǒng)看作二端口網(wǎng)絡(luò)如圖1，通過求解傳輸矩陣來建立信道模型。由于二端口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)時(shí)傳輸矩陣可表示為一系列矩陣的乘積形式，因此能很方便地對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變時(shí)的傳輸特性進(jìn)展分析。用二端口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)模型求解傳遞函數(shù)，參數(shù)容易求得，且能很方便地對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變時(shí)的傳輸特性進(jìn)展分析；但由于該方法并未考慮信號在不同電力線間傳輸時(shí)多徑、時(shí)延等特點(diǎn)，因此模型準(zhǔn)確度不高。圖2-1二端口網(wǎng)絡(luò)

12、2 多徑信號傳播3由于信號在電力線傳播過程中，會在不同節(jié)點(diǎn)之間反射和折射，從而導(dǎo)致了具有頻率選擇性衰落的多徑情況。下面兩點(diǎn)傳輸過程中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況。如圖2。圖2-2多徑傳輸示意圖假設(shè)相關(guān)的阻抗已經(jīng)匹配，則上面的情況會導(dǎo)致信號傳輸過程中產(chǎn)生多徑效應(yīng)。即A-B-C，A-B-D-B-C，.。在對所有可能通路進(jìn)展分類時(shí)，設(shè)定發(fā)送端和接收端的阻抗匹配，對信號的傳輸路徑進(jìn)展了極大的簡化。知道路徑的延時(shí)和電纜損耗就可以建立模型。但它的擴(kuò)展性差。當(dāng)電力拓?fù)浒l(fā)生改變時(shí)，需要對通路進(jìn)展重新分類，且通路類型隨著拓?fù)鋸?fù)雜程度的增加而增多。3信道建模技術(shù)自底向下法4-10與自頂向下法相對應(yīng)的是自底向上法。該方法按照網(wǎng)

13、絡(luò)的實(shí)際接線，考慮阻抗不匹配點(diǎn)的反射和衰減來建立信道模型。該方法計(jì)算量大，但建模物理概念清晰，便于分析各種影響信道傳輸特性的因素及其影響規(guī)律，且適用性強(qiáng)，對不同的電力拓?fù)渚芸焖贉?zhǔn)確地確定其傳遞函數(shù)。Galli 等早在2006 年考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)接線11，對簡單的電力拓?fù)渲胁ǖ膫鬏斅窂竭M(jìn)展了分類。該方法建模物理概念清晰，提供了一種完全不同于參數(shù)模擬建模思路，但是，在實(shí)際情況下，由于負(fù)載阻抗的時(shí)變性和復(fù)雜性，不能同線路特性阻抗完全匹配，因此本建模方法實(shí)用性差?，F(xiàn)在高速電力線通信PLC系統(tǒng)已經(jīng)向家庭網(wǎng)絡(luò)開展。但是，室AC主線的傳輸特性還不是很清楚。2.2 載波調(diào)制技術(shù)即抗干擾技術(shù)傳統(tǒng)的低壓電力線載波通

14、信一般采用頻帶傳輸,也就是用載波調(diào)制的方法將攜帶信息的數(shù)字信號的頻譜搬移到較高的載波頻率上。其根本的調(diào)制方式分為幅值鍵控(ASK),頻率鍵控(FSK),相位鍵控(PSK)。在此根底上,又派生出了差分移相鍵控(DPSK),最小移頻鍵控(MSK:Minimum Shift Keying)、四相移相鍵控(QPSK:Quadriphase-shift Keying)、正交幅度調(diào)制(QAM:Quadrature amplitude modulation)等。低壓電力線載波通信已從傳統(tǒng)的頻帶傳輸(幅移鍵控ASK:Amplitude-Shift Keying,頻移鍵控FSK:Frequency-Shift

15、Key-ing,相移鍵控PSK:Phase-Shift Keying)開展到了擴(kuò)頻通信(SSC)技術(shù)、多載波正交頻分多址(OFDM) 技術(shù)術(shù)以及使用高速光纖的光波分復(fù)用(WDM:Wave-length Division Multiple*ing)技術(shù)等。2.2.1擴(kuò)頻載波通信(SSC)原理12簡單地說,擴(kuò)頻通信(Spread Spectrum munication)是用偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列:Spread Sequence)將待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)展調(diào)制,實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸,在接收端則采用同樣的編碼進(jìn)展解調(diào)及相關(guān)處理。就低壓電力載波通信而言,應(yīng)用擴(kuò)頻通信的主要優(yōu)點(diǎn)如下:(1)抗干擾能力強(qiáng),適合在低

16、壓電力線這樣的惡劣通信環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信。(2)可以實(shí)現(xiàn)碼分多址(CDMA:Code DivisionMultiple Access)技術(shù),在低壓配電網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)不同用戶的同時(shí)通信。(3)信號的功率譜密度很低,具有良好的隱蔽性,不易被截獲。就擴(kuò)展頻譜方式的不同,擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為:直接序列(DS:Direct Sequency)擴(kuò)頻,跳頻(FH:FrequencyHopping),跳時(shí)(TH:Time Hopping),線性調(diào)頻(Chirp)以及上述各種根本方式的組合,如:FH/DS,DS/TH等。就擴(kuò)頻技術(shù)的真正全面研究是從50年代美國麻省理工學(xué)院成功研制的NOMAC系統(tǒng)(Noise Mo

17、dulation and Correlation System)開場的。1976年,R.CDi*on撰寫了第一部關(guān)于擴(kuò)頻通信的概述性專著:Spread Spectrum System。1982年J.K.Holmes撰寫的Coherent Spread Spectrum System是第一部擴(kuò)頻通信的理論性專著。90年代以來,隨著信息技術(shù)的不斷開展,擴(kuò)頻技術(shù)在理論上和應(yīng)用中都取得了長足的進(jìn)步。2.2.2多載波正交頻分多址(OFDM)技術(shù)的原理13-16 多載波正交頻分多址(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiple*ing)技術(shù)是指將可用的頻譜分解成一

18、系列低速的窄帶_次載波(Subcarrier),各次載波相互正交重疊,在發(fā)送端分別對其進(jìn)展調(diào)制。其優(yōu)越性主要是:(1) 由于多路次載波能互不干擾地同時(shí)傳送信息,因此可以從整體上極提高通信的速率。(2) 由于每個(gè)子信號的傳輸速率是原信號的1/M,因此可以很好地抑制因延遲、多徑干擾而帶來的誤碼,從而提高通信質(zhì)量。OFDM的開展可追溯到1966年,R. W. Chang首次提出多路傳輸?shù)恼l帶正交分解及合成的概念(Bell System Technical Journal);1971年S. B. Wein-stein和P. M. Ebert使用離散傅立葉變換(DFT:discrete Fourier

19、 transform)進(jìn)展基帶的調(diào)制和解調(diào),為OFDM的開展作出了巨大的奉獻(xiàn);1980年,A Peled和A. Ruiz提出利用循環(huán)前綴來保持正交性,將OFDM向?qū)嵱没七M(jìn)了一大步。Intellon等一批全球知名企業(yè)已將OFDM技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng),其PowerPacket技術(shù)的傳輸速率已達(dá)14Mbps(頻帶:4.3MHz20.9MHz,84路載波)。2.3 電力線通信組網(wǎng)17 低壓電力線作為信息傳輸工具，可以發(fā)送和接收控制、監(jiān)視和通訊信息，也可通過特殊的數(shù)字設(shè)備網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)擴(kuò)展和擴(kuò)展。下列圖就是一個(gè)通過電源線組成的家庭網(wǎng)絡(luò)圖。 圖2-3家庭網(wǎng)絡(luò)圖由于低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)造比擬復(fù)雜, 沒有

20、一種固定的拓?fù)錁?gòu)造形式來描述電力線網(wǎng)絡(luò), 因此考慮到低壓電力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性, 可以將其分為低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和連接用戶的室電力線網(wǎng)絡(luò)。課題主要研究容如圖3-1所示寬帶低壓電力線通信系統(tǒng)電磁信道建模與應(yīng)用信道三維電磁建模與仿真通信組網(wǎng)方式認(rèn)知無線電技術(shù)載波調(diào)制技術(shù)抗干擾技術(shù)圖3-1主要研究容3.1寬帶低壓電力線通信信道拓?fù)錁?gòu)造與電磁特性3.1.1低壓電力線通信信道拓?fù)錁?gòu)造分析可分為點(diǎn)對點(diǎn)直線連接傳輸模型、單節(jié)點(diǎn)多分支的直線傳輸模型和多節(jié)點(diǎn)多支路的直線傳輸模型。圖3-2a點(diǎn)對點(diǎn)直線連接傳輸模型(b)單節(jié)點(diǎn)多分支的直線傳輸模型和(c)多節(jié)點(diǎn)多支路的直線傳輸模型3.1.2 低壓電力線特性的三維電磁仿真主要研

21、究設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對市辦公區(qū)家庭電力線主線傳輸特性的影響。電力線和設(shè)備都是由四端口和二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展等多端口網(wǎng)絡(luò)描述的。通過這些網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的模型可計(jì)算出傳輸特性。3.1.3 低壓電力線通信信道實(shí)驗(yàn)測試：1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y試實(shí)際條件下的低壓電力線傳輸特性，獲得信道的噪聲和干擾特性。2實(shí)驗(yàn)條件：線纜長度：96米；線纜直徑：3毫米線纜個(gè)數(shù)：2.根架設(shè)方式：墻上和地下實(shí)驗(yàn)儀器：信號源： 示波器：頻率圍：2MHz30MHz實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表1.連接磁環(huán)置于地面上的白色電線測試結(jié)果 F(MHZ) F(MHZ) F F(MHZ)(MHZ)Vo/ViVi(v)Vo/ViVi(v)13520.80000.81330.161210

22、0.35300.35200.0720200.05070.05030.0100300.01560.01500.0029表2不連接磁環(huán)置于地面上的白色電線測試結(jié)果F(MHZ)Vo/ViVi(v)Vo/ViVi(v)13521.25001.18671.1880100.94400.97330.9680200.51300.51670.5040300.20800.19470.20003.2認(rèn)知無線電技術(shù)的低壓電力線通信抗干擾技術(shù)3.2.1認(rèn)知無線電技術(shù)的原理與應(yīng)用認(rèn)知無線電的概念是針對當(dāng)前沒有被充分利用的頻譜資源提出的一種頻譜利用方式，它是基于軟件無線電設(shè)備的，并可以為認(rèn)知無線電用戶提供智能頻譜感知、頻譜

23、管理和頻譜接入等機(jī)制，以便對頻譜資源中未被充分利用的頻譜加以利用。認(rèn)知無線電定義如下：認(rèn)知無線電是一種可以感知周圍環(huán)境的無線通信系統(tǒng)，它可以通過對通信環(huán)境的學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)地對自身的通信傳輸參數(shù)做出改變，從而更加滿足當(dāng)前的通信需求。認(rèn)知無線電的目的在于通過對當(dāng)前空閑頻譜的使用，對無線通信的可靠性和高效性做出改良。當(dāng)前，利用認(rèn)知無線電進(jìn)展通信的主要思路可以概括為認(rèn)知用戶以“擇機(jī)的方式對授權(quán)頻譜資源進(jìn)展利用，即授權(quán)用戶不使用該頻譜的時(shí)候，認(rèn)知用戶使用其進(jìn)展通信；授權(quán)用戶重新使用該頻譜時(shí)，認(rèn)知用戶退出該頻譜并尋求其他空閑頻譜進(jìn)展通信。然而，根據(jù)當(dāng)前的頻譜管理策略，授權(quán)給*個(gè)特定用戶群的頻譜資源是受到法律保

24、護(hù)的，非授權(quán)用戶不被允許進(jìn)入該頻譜資源使用，這使得認(rèn)知無線電概念提出的初期，技術(shù)開展緩慢。但是，隨著目前通信系統(tǒng)的開展和對頻譜資源需求的增加，美國聯(lián)邦通信委員會Federal munications mission, FCC終于在 2004 年 5 月發(fā)布通告，建議制定規(guī)則使用認(rèn)知無線電技術(shù)對電視播送頻段的空閑頻譜資源進(jìn)展利用。之后，認(rèn)知無線電技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，國外管理機(jī)構(gòu)、著名高校、研究機(jī)構(gòu)以及國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也都投入到認(rèn)知無線電的研究當(dāng)中。5.1.1 低壓電力線條件下的認(rèn)知無線電方法抗干擾方法頻譜感知技術(shù)頻譜環(huán)境的檢測方法因?yàn)檎J(rèn)知無線電要面對各種不同需求的用戶，所以也就要求其具有不同的靈敏

25、度和感知速度，因此頻譜環(huán)境的檢測方法也有所不同。現(xiàn)在研究較多的方法有：匹配濾波法、能量檢測法、循環(huán)平穩(wěn)特性檢測法、合作分集法和協(xié)同機(jī)制。2頻譜分配技術(shù)a.基于圖論著色模型的分配算法基于圖論著色的頻譜分配模型是由 Zheng 等人提出的3。 該模型以圖論為根底，在頻譜分配的研究中，將認(rèn)知用戶構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造抽象成圖基于OFDM技術(shù)的認(rèn)知無線電系統(tǒng) b.基于干擾溫度的頻譜分配模型2003 年，F(xiàn)CC 引入干擾溫度概念量化和管理干擾4。采用這個(gè)模型，工作在授頻段的認(rèn)知設(shè)備可以測量干擾環(huán)境，相應(yīng)地調(diào)整發(fā)射機(jī)的功率、頻譜等，防止對授權(quán)用戶的干擾超過規(guī)定的溫度限。OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)的主要思想是

26、將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)展調(diào)制。OFDM技術(shù)的正交子信道頻譜相互重疊，適合在多徑傳播和多普勒頻移的無線移動信道中傳輸高速數(shù)據(jù)，是目前公認(rèn)的比擬容易實(shí)現(xiàn)頻譜資源控制的方法,促使了OFDM技術(shù)在CR中得到應(yīng)用。OFDM技術(shù)中已有的頻率分配算法主要是基于在功率限制條件下最大化系統(tǒng)容量或者在用戶數(shù)據(jù)速率限制條件下最小化發(fā)射功率，引入CR概念后，這個(gè)問題可以轉(zhuǎn)化成在通信質(zhì)量需求約束條件下求干擾溫度最小的最優(yōu)化解的問題。假設(shè)存在L個(gè)子信道，每個(gè)子信道上的干擾溫度用IT1來表示，通信質(zhì)量需求的約束有總數(shù)據(jù)率要求R和總誤碼率要求Pe，其最優(yōu)化模型描述為分別表示每個(gè)子信道上的

27、數(shù)據(jù)率和誤碼率。根據(jù)上述優(yōu)化模型可以得到一個(gè)優(yōu)化的分配方案向量用這個(gè)分配算法設(shè)計(jì)CR系統(tǒng)，可以更好的使用無線資源。文獻(xiàn)12提供了一個(gè)基于OFDM技術(shù)的CR系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案仿真結(jié)果說明，基于OFDM技術(shù)的CR系統(tǒng)可以方便地查找到頻譜空穴，能夠更加合理地分配頻譜資源，在引入認(rèn)知功能后系統(tǒng)性能明顯改善，研究說明OFDM技術(shù)與CR技術(shù)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。研究方案6.1 信道建模一種方法是將傳輸線系統(tǒng)看作二端口網(wǎng)絡(luò)，通過求解傳輸矩陣來建立信道模型。由于二端口網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)時(shí)傳輸矩陣可表示為一系列矩陣的乘積形式，因此能很方便地對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)于信道建模應(yīng)通過研究電力線信道建模問題，采用傳輸線理論，將電力

28、線與設(shè)備模擬成多端口網(wǎng)絡(luò)。研究步驟：繪出實(shí)際家庭電力線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造。使用相關(guān)軟件建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙S構(gòu)造，即將電力線，用電設(shè)備及、空氣模擬成多端口網(wǎng)絡(luò)如二端口、四端口。也即在軟件上對電力線進(jìn)展了三維重建。使用EMSS公司的FEKO 5.5 對該三維構(gòu)造進(jìn)展仿真分析。得到其S參數(shù)矩陣。相當(dāng)于增益和衰減。就得到了傳輸矩陣了設(shè)備的多端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是應(yīng)該電力線上設(shè)備在工作和停頓兩個(gè)狀態(tài)下在進(jìn)展測量的。在電路的頻率特性滿足測量值的條件下，以此為根底，根據(jù)兩種狀態(tài)來決定等效電路。建立一個(gè)簡單系統(tǒng)，測量其傳輸特性并與不同狀態(tài)下的計(jì)算值進(jìn)展比擬。結(jié)果說明，計(jì)算值與測量值是一致的。由設(shè)備狀態(tài)導(dǎo)致的傳輸損耗偏差在10d

29、B以。用扼流圈插入到AC主線和設(shè)備之間，可減小由不同狀態(tài)導(dǎo)致的傳輸損耗偏差。測量和計(jì)算值說明，插入濾波器后，偏差就由10dB減小到0.5dB。6.2信道消噪選擇一種好的調(diào)制方式可以極大的抑制噪聲。我們這里選用認(rèn)知無線電的相關(guān)技術(shù)。具體步驟：應(yīng)用陷波濾波器，濾掉業(yè)余無線電的頻段及工頻信號，和與工頻信號同步和異步的信號，因?yàn)樗鼈兙哂兄芷谛?。對電力線信道的噪聲進(jìn)展檢測，采用能量檢測法進(jìn)展雙門限對信道中的信號進(jìn)展判決，判斷是否為噪聲及有用信號。對于雙門限之間采用循環(huán)特征檢測法可大大減小虛警概率。 對于占用了的電力線信道中2-30Mhz中的*些頻段的噪聲，應(yīng)用OFDM技術(shù)，采用改變調(diào)制頻率的方法，改變功

30、率和載波函數(shù)的方法來傳遞信號。這樣就避開了噪聲的干擾。6.3 測試方案做出來的東西，需要測試，檢驗(yàn)其誤碼率(1) 搭建點(diǎn)到點(diǎn)通信的實(shí)驗(yàn)平臺。(2) 在實(shí)驗(yàn)室通過兩個(gè)插頭之間的電力線進(jìn)展測試。七、參考文獻(xiàn)背景噪聲由窄帶干擾和有色噪聲構(gòu)成。窄帶干擾主要是由電力線信道的駐波和中短波播送電臺引起的干擾。根據(jù)我國無線電頻帶的劃分，我國調(diào)幅播送的頻率圍為525KHz到1.605MHz，大局部短波的頻率圍是4.75MHz到19.02MHz，因此窄帶干擾對信號的影響是不穩(wěn)定的，建模采用多個(gè)正弦波疊加的方式進(jìn)展模擬，其建模方程式如下：1齊淑清. 電力線通信PLC技術(shù)與應(yīng)用M.:中國電力, 2005.2Klaus

31、Dostert. RF Models of the electrical power distributiongrid C. ISPLC 1998: 105- 144.3Manfred Zimmermann, Klaus Dostert. A multipath model for the power line channel. IEEE Transactions on munications, 2002, 50(4):553-559.4 Konate C, Machmoun M, Diouris J F. Multi path model for powerline munication c

32、hannel in the frequency range of 1MHz-30MHzC / The International Conference on “puter as a Tool. Warsaw,2007: 984-989.5 Anatory J, Kissaka M M, Mvungi N H. Channel model for broadbandpower-line munication J. IEEE Trans Power Delivery, 2007,22(1): 135-141.6 Anatory J, Theethayi N, Thottappillil R, et

33、 al. The influence of loadimpedance, line length, and branches on underground cablepower-line munications (PLC) systems J. IEEE Trans PowerDelivery, 2008, 23(1): 180-187.6 Anatory J, Theethayi N, Thottappillil R, et al. The effects of loadimpedance, line length, and branches in typical low-voltage c

34、hannelsof the BPLC systems of developing countries: transmission-lineanalyses J. IEEE Trans Power Delivery, 2009, 24(2): 621-629.8 Anatory J, Theethayi N, Kissaka M, et al. Broadband power linemunication: the factors influencing wave propagations in themedium voltage lines C. IEEE International Symposium