電力載波通信中的干擾特性及抑制技術(shù)分析

張高境，熊興中

（四川理工學(xué)院，四川自貢643000）

電力信息化專欄

電力載波通信中的干擾特性及抑制技術(shù)分析

張高境，熊興中

（四川理工學(xué)院，四川自貢643000）

電力線除了向用電設(shè)備提供電能外，也可以作為傳輸信息的通信系統(tǒng)?？煽?、高效地傳輸信息是任何一種通信網(wǎng)絡(luò)的基本要求，對(duì)電力載波通信信道動(dòng)態(tài)負(fù)載效應(yīng)的阻抗特性、多徑效應(yīng)的衰減特性、脈沖噪聲的干擾特性等問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，并從物理層的信號(hào)處理以及數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸角度，分析了幾種典型的抑制電力載波通信干擾技術(shù)的可行性，進(jìn)而為探尋有效的抑制電力載波通信脈沖干擾的技術(shù)提供了有益的參考。

電力載波通信；脈沖干擾；正交頻分復(fù)用；交織多址；分?jǐn)?shù)低階統(tǒng)計(jì)信號(hào)

1 引言

PLC（power line communication，電力線通信）是傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的融合，是通過(guò)電力線載波傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)的通信方式。該技術(shù)無(wú)需布線，避免了建筑物及公共設(shè)施的破壞，具有廣泛的應(yīng)用前景，已成為通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但PLC信道特別復(fù)雜，信號(hào)在PLC拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中突然接入/切出時(shí)更是如此，其阻抗的變化并不一定隨著頻率的增大而單調(diào)減小，甚至與之相反，同時(shí)，產(chǎn)生的脈沖噪聲嚴(yán)重?fù)p害了PLC的通信質(zhì)量。電力線并非專為通信服務(wù)所設(shè)計(jì)，PLC系統(tǒng)中存在的干擾影響了通信質(zhì)量，因此抑制干擾是確保PLC系統(tǒng)可靠性傳輸?shù)那疤帷?/p>

抗干擾技術(shù)的選擇主要取決于傳輸媒介的特性，在PLC中必須考慮到信道的噪聲干擾、多徑效應(yīng)和信道衰落等因素。其中，PLC拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的多徑效應(yīng)和切換信號(hào)產(chǎn)生的脈沖噪聲將影響PLC高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，本文從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及OSI/ISO網(wǎng)絡(luò)模型等進(jìn)行抗干擾性能的分析。擴(kuò)頻技術(shù)抗窄帶干擾能力強(qiáng)，但是參考文獻(xiàn)［1］提出的改進(jìn)的跳頻系統(tǒng)由于傳輸速率較低，不適合于傳輸速率高的PLC，于是人們提出了基于OFDM的多載波技術(shù)。參考文獻(xiàn)［2］提出了基于OFDM的TDMA系統(tǒng)，一個(gè)時(shí)隙內(nèi)攜帶的OFDM符號(hào)必須是一個(gè)整數(shù)，一個(gè)OFDM符號(hào)承載一定量的數(shù)據(jù)載荷，由于PLC網(wǎng)絡(luò)容量的局限性，使OFDM符號(hào)的有效載荷被降低；參考文獻(xiàn)［3］提出了基于OFDM的FDMA系統(tǒng)，F(xiàn)DMA有抗窄帶干擾的頑健性，OFDM又是PLC首選抗干擾技術(shù)，因此OFDMA成為PLC網(wǎng)絡(luò)中的多址接入方案之一。但OFDMA方案可看作總資源在頻率上進(jìn)行分割，不同用戶使用不同子載波，對(duì)頻寬有一定要求，而且在使用FEC（forward error correction，前向糾錯(cuò)）技術(shù)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特別復(fù)雜。參考文獻(xiàn)［4］針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)的抗干擾性能不足，提出了基于OFDM的CDMA方案，繼承了擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，如數(shù)據(jù)符號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻布滿子信道、提供頻率分集利用、擴(kuò)頻碼被分配到不同用戶提供多重接入等，在無(wú)線通信中得到越來(lái)越多的重視。多載波CDMA方案也在PLC中得以應(yīng)用［5］，但在PLC頻率選擇性衰落的信道中，所有用戶同時(shí)使用所有子載波，每個(gè)子載波經(jīng)歷不同衰落，接收信號(hào)可能失去碼字的正交性，這就意味著必須用復(fù)雜的均衡機(jī)制來(lái)恢復(fù)PLC頻率選擇性信道破壞的編碼的正交性。

綜上所述，現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)在應(yīng)對(duì)PLC中的干擾時(shí)都有一定的局限性，針對(duì)這一問(wèn)題，圍繞增強(qiáng)抗干擾的能力，結(jié)合多址接入方案和數(shù)據(jù)鏈路層的有關(guān)糾錯(cuò)機(jī)制，探尋適合于PLC信道環(huán)境并能抑制相應(yīng)干擾的技術(shù)，以確保電力載波通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2 干擾特性分析

電力線載波通信系統(tǒng)主要由電力線載波機(jī)、電力線和耦合設(shè)備等構(gòu)成，如圖1所示。該系統(tǒng)是各類干擾存在的載體，從阻抗特性、衰減特性、噪聲特性等方面對(duì)其進(jìn)行分析，為抑制相應(yīng)干擾奠定基礎(chǔ)。

2.1 阻抗特性

圖1 電力線載波通信系統(tǒng)架構(gòu)

電力線網(wǎng)絡(luò)總阻抗主要由3部分組成：變壓器產(chǎn)生的阻抗、導(dǎo)線的特性阻抗（主要由材料和結(jié)構(gòu)決定）、電力線上的負(fù)載阻抗。這些阻抗有的呈感性，有的呈容性，需要達(dá)到共軛匹配［6］。它們并不是單一作用在線路中，而是幾種阻抗的動(dòng)態(tài)負(fù)載效應(yīng)，即負(fù)載之間的阻抗匹配、變壓器跟電力線特性阻抗的匹配、負(fù)載跟耦合裝置的阻抗匹配等。靜態(tài)可以看成頻率為零時(shí)的動(dòng)態(tài)的特例，此時(shí)的阻抗不再是簡(jiǎn)單的電阻，而是廣義的阻抗，具有動(dòng)態(tài)效應(yīng)。阻抗匹配問(wèn)題關(guān)系到PLC信號(hào)的完整傳輸，新添負(fù)載使得輸入阻抗隨PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化而變化，電線接頭間的阻抗不匹配引起的反射多樣性增加，導(dǎo)致原有的阻抗匹配重新打亂，多徑模型隨之變化，信號(hào)傳遞受到干擾。

2.2 信道衰減特性

PLC信道衰減主要指耦合衰減和線路衰減，耦合衰減可以根據(jù)要求改變耦合器內(nèi)阻值來(lái)克服，線路衰減是面臨的主要問(wèn)題。PLC信道的時(shí)變性很強(qiáng)，信號(hào)隨傳輸距離和頻率的變化而變化，頻率越高，傳輸線的效應(yīng)就越明顯，當(dāng)PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及負(fù)載的特征參數(shù)不同時(shí)，很難找到適應(yīng)所有線路的數(shù)學(xué)模型。Zimmermann M和Dostert K［7］多次測(cè)量表明，多徑反射是PLC信道中信號(hào)衰減的主要原因?？紤]到輸入阻抗的變動(dòng)和多徑效應(yīng)的影響，結(jié)合權(quán)重、衰減和時(shí)延等因素，PLC信道模型的表達(dá)式如下：

其中，gi是路徑i上與反射和傳輸系數(shù)相關(guān)的權(quán)重因子，一條路徑上的轉(zhuǎn)移和反射越多，加權(quán)因子就越??；是電力線引起的衰減，k是電力線的相關(guān)參數(shù)（如特征阻抗和傳播常數(shù)等），衰減因子a與路徑的長(zhǎng)度l和f頻率成正比；τi是同一信號(hào)多徑路徑i上的傳輸時(shí)延，與傳播距離和速度有關(guān)。

根據(jù)式（1），把電力線信道考慮成具有頻率選擇性衰落的多徑傳輸模型是符合實(shí)際理論分析的［7］，不過(guò)，對(duì)每個(gè)路徑的時(shí)延、幅度和相位的計(jì)算估計(jì)量非常大，會(huì)存在著一定的誤差；參考文獻(xiàn)［7］提出的多徑信道模型僅僅是時(shí)域的描述，如果要完整刻畫(huà)信道特性，需要考慮動(dòng)態(tài)路徑的多種情況，并且負(fù)載不同、路徑不同，得到的動(dòng)態(tài)信道模型也不同，最優(yōu)模型很難實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)［8］提出了另一種描述方式，即首先對(duì)電力線傳輸?shù)刃щ娐分械牟罘趾统蓪?duì)傳輸模式進(jìn)行推導(dǎo)，其結(jié)果用2PN（two-port network，級(jí)聯(lián)雙端口網(wǎng)絡(luò)）的形式進(jìn)行描述，獲得了等效的2PN信道描述，PLC傳輸鏈路就可以用ABCD矩陣進(jìn)行描述了，此時(shí)參數(shù)很容易獲得，也能對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的時(shí)變性進(jìn)行分析。但PLC環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)用簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)來(lái)描述比較理想化。

此外，參考文獻(xiàn)［9］提出了電力線通信組網(wǎng)的改進(jìn)分級(jí)蟻群路由算法，能夠適用于未知的、時(shí)變的、多樣的PLC網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該算法的抗毀性，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)的自我修復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，保證不因個(gè)別節(jié)點(diǎn)故障影響其他通信，也能迅速找到最優(yōu)線路，即受噪聲干擾最小、通信距離最短線路，提高了通信信道的可靠性。在PLC網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，最優(yōu)線路搜索比較耗時(shí)，因此節(jié)點(diǎn)的分組以及選取是關(guān)鍵。PLC網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模及時(shí)延要求會(huì)造成通信系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

2.3 信道噪聲特性

電力線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備種類繁多，性質(zhì)各異，將噪聲按照起因、持續(xù)時(shí)間、頻譜等可分成5類，即有色背景噪聲、窄帶噪聲、同電網(wǎng)頻率不同步的周期脈沖噪聲、與電網(wǎng)頻率同步的周期脈沖噪聲、非同步脈沖噪聲等。有色背景噪聲、窄帶噪聲、同電網(wǎng)頻率不同步的周期脈沖噪聲平均功率較小，有可能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，很可能覆蓋整個(gè)信號(hào)頻譜，統(tǒng)稱PLC的背景噪聲［7，10］。

脈沖噪聲主要由與電網(wǎng)頻率同步的周期脈沖噪聲和非同步脈沖噪聲構(gòu)成，非同步的脈沖噪聲起著主導(dǎo)作用，隨機(jī)性強(qiáng)，能量集中，頻譜很寬，往往是時(shí)間短、能量大的脈沖干擾或者脈沖干擾群，是PLC系統(tǒng)最棘手的問(wèn)題，如電器開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)、雷擊等。必須經(jīng)過(guò)大量研究和測(cè)量，找出脈沖噪聲的時(shí)頻特性。脈沖噪聲類的脈沖模型如圖2所示。參考文獻(xiàn)［11］提出脈沖持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間都可以用兩個(gè)呈負(fù)指數(shù)分布的隨機(jī)變量來(lái)表示，而這些隨機(jī)變量由脈沖行為所決定。脈沖序列模型函數(shù)在知道脈沖持續(xù)時(shí)間及間隔統(tǒng)計(jì)特性的情況下很容易得到，如式（2）所示。

圖2 脈沖噪聲類的脈沖模型

脈沖i的參量tw，i、Ai和ta，i是隨機(jī)變量，Zimmermann曾用統(tǒng)計(jì)的方法近似研究和測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示，90%的脈沖幅值在100～200 mV，只有大約1%的脈沖寬度超過(guò)了500 μs，90%的脈沖間隔在200 ms以下。脈沖間隔在200 ms以上的脈沖，其間隔時(shí)間呈指數(shù)分布。參考文獻(xiàn)［12］在PLC傳輸信道加入TON和TOFF兩個(gè)開(kāi)關(guān)模型，可以根據(jù)脈沖噪聲的持續(xù)時(shí)間及時(shí)間間隔啟動(dòng)TON或者TOFF，TOFF代表脈沖干擾造成信道不可用期間，TON代表沒(méi)有脈沖干擾期間。高強(qiáng)度的脈沖噪聲對(duì)信號(hào)的傳輸破壞力極大，如果持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)使用糾錯(cuò)碼能容忍的檢測(cè)和改正時(shí)間限度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的突發(fā)錯(cuò)誤。僅用統(tǒng)計(jì)方法確定脈沖函數(shù)模型是片面的，而且脈沖的產(chǎn)生源不同，其特性、頻譜能量也要考慮，不再僅僅是單一的TON或者TOFF。

3 PLC中的抗干擾性能分析

為了實(shí)現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)中的信息交換，無(wú)論是下行接收還是上行傳輸，只有把物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的抗干擾技術(shù)以及MAC協(xié)議和糾錯(cuò)機(jī)制的多種抗干擾方案進(jìn)行結(jié)合，才能確保最優(yōu)傳輸，基于OSI/ISO的抗干擾模型如圖3所示。

3.1 基于物理層調(diào)制/解調(diào)抗干擾分析

電力線信道的非線性使得解調(diào)非常復(fù)雜，復(fù)雜均衡技術(shù)還會(huì)導(dǎo)致成本上升。傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)在應(yīng)對(duì)PLC隨參信道中的脈沖干擾及多徑效應(yīng)方面已經(jīng)不占優(yōu)勢(shì)；受發(fā)射信號(hào)功率的影響，PLC調(diào)制方案以盡可能低的信噪比實(shí)現(xiàn)可接受誤碼率，而擴(kuò)頻技術(shù)正是經(jīng)頻譜擴(kuò)展后以低功率頻譜信號(hào)再發(fā)射，對(duì)電臺(tái)及空中短波輻射產(chǎn)生的離散頻譜窄帶干擾有很好的抑制效果，有可秘密通信、抗噪聲和衰減能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，信號(hào)頻譜被擴(kuò)展得越寬，有限帶寬下可用的信道數(shù)量越少，同等的碼元在數(shù)量少的信道中傳輸，傳輸速率受到影響；此外，擴(kuò)頻技術(shù)在處理頻譜很寬的脈沖噪聲時(shí)，小幅度的擴(kuò)頻信號(hào)易淹沒(méi)在寬頻帶的噪聲中，造成信號(hào)接收錯(cuò)誤，可采用FEC技術(shù)進(jìn)行檢錯(cuò)及糾錯(cuò)，但信道編碼引起的信號(hào)頻帶的再次擴(kuò)展必定導(dǎo)致擴(kuò)頻增益降低。因此擴(kuò)頻技術(shù)在高速PLC中的應(yīng)用受限。

OFDM技術(shù)有較高的頻譜利用率，傳輸速率快，適合高速PLC的發(fā)展要求，而且抗多徑干擾和脈沖干擾有一定優(yōu)勢(shì)，具體如下。

（1）OFDM傳輸速率快

在將頻帶分成相互獨(dú)立的窄帶信道的同時(shí)，也把高速的串行碼轉(zhuǎn)換成了并行的低速碼，然后用這些低速碼流調(diào)制子載波，子載波部分頻譜重疊，大大提高了頻譜利用率，雖然子載波的傳輸速率不高，但經(jīng)過(guò)子信道累加后可以獲得較高的傳輸速率。

（2）OFDM抗多徑干擾能力強(qiáng)

PLC信道的多徑效應(yīng)會(huì)造成信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展，導(dǎo)致前后碼的接收重疊，造成ISI（inter symbol interference，碼間干擾）。設(shè)信號(hào)帶寬為B，碼字周期為T，碼字速率為R，多徑效應(yīng)引起的最大擴(kuò)展時(shí)延為Tmax，當(dāng)Tmax＞T時(shí)，引起碼間干擾。OFDM能夠?qū)⒏咚俚拇袛?shù)據(jù)分割成N個(gè)子信號(hào)，分割后速率減小為R/N，周期為NT，周期延長(zhǎng)了N倍，大于多徑反射的時(shí)延，對(duì)克服ISI有一定的效果；如果徹底消除ISI，必須插入保護(hù)間隔，以保證大于信道脈沖響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間；但空白的保護(hù)間隔在PLC多徑傳播的影響下，子載波的正交性遭到破壞，造成ICI（inter-carrier interference，載波干擾），若保護(hù)間隔內(nèi)植入循環(huán)前綴符號(hào)，即將OFDM符號(hào)的后半部分復(fù)制到OFDM符號(hào)前半部分，就形成了CP（cyclic prefix，循環(huán)前綴），既保證了子載波的正交性，又避免了ICI。

圖3 基于OSI/ISO網(wǎng)絡(luò)模型的抗干擾模型

（3）OFDM能夠抑制一定的脈沖干擾

子載波的調(diào)制方式可根據(jù)子信道的不同情況進(jìn)行選擇，脈沖干擾嚴(yán)重時(shí)，將低于信噪比門限的子信道關(guān)閉，可以保證數(shù)據(jù)完整性和合適的誤碼率。

在PLC系統(tǒng)中，雖然OFDM對(duì)發(fā)射機(jī)的頻率偏移敏感且面臨PAPR（peak to average power ratio，峰值平均功率比）大的風(fēng)險(xiǎn)，上行鏈路受到的PAPR比下行鏈路更嚴(yán)重，參考文獻(xiàn)［13］提出了一種單載波頻分復(fù)用（SC-FDMA）技術(shù)，能夠很好地解決OFDM上行鏈路傳輸帶來(lái)的均峰比問(wèn)題。基于CP的添加，使得傳輸速率降低，參考文獻(xiàn)［14］提出了一種m序列作為訓(xùn)練序列的信道估計(jì)與迭代均衡方案，利用自相關(guān)特性獲得信道的時(shí)域響應(yīng)，進(jìn)而對(duì)OFDM進(jìn)行迭代均衡，仿真實(shí)驗(yàn)表明，可提高傳輸效率和增強(qiáng)系統(tǒng)抗噪性能。但對(duì)時(shí)間同步和載波同步都有很高的要求，硬件設(shè)備較復(fù)雜。參考文獻(xiàn)［15］提出了針對(duì)電力通信同步問(wèn)題采用多相序列作為主同步信號(hào)的多用戶幀結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同用戶采用不同同步序列，相關(guān)性強(qiáng)，適合用于多用戶電力線網(wǎng)絡(luò)。

3.2 基于數(shù)據(jù)鏈路層抗干擾分析

3.2.1 FEC與交織技術(shù)

PLC信號(hào)傳輸時(shí)，其發(fā)射功率受到電磁兼容限制，發(fā)射功率低，信噪比受到影響，一定的信噪比能夠克服背景噪聲，但對(duì)脈沖噪聲無(wú)法克服。FEC（主要指信道編碼）和交織技術(shù)對(duì)脈沖噪聲有一定的遏制能力。

信道編碼能提高通信質(zhì)量，接收端不需要發(fā)送端提供額外的信息，待發(fā)信息在發(fā)送前附加一些冗余位，接收時(shí)，這些冗余信息就會(huì)通過(guò)一定的規(guī)律把錯(cuò)誤糾正過(guò)來(lái)，常用的糾錯(cuò)碼有分組碼、卷積碼、Turbo碼等。信道編碼能處理隨機(jī)性錯(cuò)誤，而PLC的脈沖噪聲造成的頻率響應(yīng)偶爾會(huì)發(fā)生嚴(yán)重衰落，造成突發(fā)性錯(cuò)誤而不是隨機(jī)性錯(cuò)誤。交織技術(shù)能使突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，從而抑制脈沖干擾。參考文獻(xiàn)［16］通過(guò)將交織器和遞歸系統(tǒng)卷積編碼器結(jié)合，確保Turbo編碼器能輸出較大的碼重。1995年MacKay和Neal等人在Turbo碼基礎(chǔ)上重新對(duì)Gallager在博士論文中提出的LDPC進(jìn)行了研究，LDPC是一個(gè)線性分組碼，校驗(yàn)矩陣為稀疏矩陣，研究表明不規(guī)則的LDPC甚至比Turbo碼的性能好。參考文獻(xiàn)［17］提出PLC信道模型下采用注水原理，避免了信噪比分布不同，使得發(fā)送端獲得PLC信道狀態(tài)信息，很容易實(shí)現(xiàn)LDPC的分配。考慮到PLC網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)電視協(xié)議，高質(zhì)量的視頻必須有應(yīng)用層的糾錯(cuò)機(jī)制保證，否則，脈沖干擾引起的突發(fā)錯(cuò)誤使得通信難以進(jìn)行［18］。

3.2.2 多址接入技術(shù)

多址接入技術(shù)中的CDMA方案在PLC中有很好的優(yōu)勢(shì)。CDMA不但繼承了擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且頻率利用率高、傳輸速率快。2002年香港城市大學(xué)的Li P教授提出了IDMA（interleave division multiple access，交織多址）方案［19］，繼承了CDMA系統(tǒng)抗干擾性好、抗多徑衰落能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，而且交織能力使脈沖噪聲產(chǎn)生的突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，能在PLC頻譜資源受限、干擾嚴(yán)重的信道上繼續(xù)傳輸信號(hào)，增加了利用率，為用戶提供更好的服務(wù)。此外，脈沖調(diào)制結(jié)合CDMA方案允許高數(shù)據(jù)傳輸下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的多用戶傳輸，具有抗PLC信道頻率選擇性衰落、脈沖干擾的頑健性［20］，雖然沒(méi)有大量研究，但脈沖調(diào)制在PLC中的應(yīng)用仍具有潛力。因此，是IDMA與OFDM結(jié)合還是CDMA與其他技術(shù)結(jié)合更適應(yīng)PLC信道特性，還有待進(jìn)一步研究。

3.3 基于傳輸層抗干擾分析

經(jīng)過(guò)上述分析，OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每個(gè)子載波較窄，產(chǎn)生平坦衰落，插入CP能保證經(jīng)頻率選擇信道后保持正交，但帶寬增加，每個(gè)子載波經(jīng)歷的衰減不同，不再是平坦的衰落，有可能發(fā)生錯(cuò)誤，可以通過(guò)FEC來(lái)檢錯(cuò)及糾錯(cuò)。如果使用物理層調(diào)制技術(shù)和FEC等一些應(yīng)對(duì)干擾的措施后仍出錯(cuò)，只能使用ARQ（automatic repeat-request，自動(dòng)請(qǐng)求）機(jī)制重傳。通常ARQ和FEC一起使用，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的錯(cuò)誤概率。但ARQ適用于對(duì)時(shí)延沒(méi)有苛刻要求的系統(tǒng)，否則會(huì)增加額外的時(shí)間，無(wú)法滿足系統(tǒng)的要求。當(dāng)然，ARQ不斷地重復(fù)發(fā)送，通信效率也會(huì)降低，比較適合處理時(shí)間較短的干擾，如信號(hào)接入/切出產(chǎn)生的短暫脈沖干擾，如果遇到持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的脈沖干擾群，必須根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率和QoS的要求重新在PLC的MAC層分配信道。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC信道環(huán)境十分復(fù)雜，為了提高通信質(zhì)量，確保PLC網(wǎng)絡(luò)的可靠性，對(duì)電力載波通信信道動(dòng)態(tài)負(fù)載效應(yīng)的阻抗特性、多徑效應(yīng)的衰減特性、脈沖噪聲的干擾特性等問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，并從物理層的信號(hào)處理以及數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸角度，分析了幾種典型的抑制電力載波通信干擾技術(shù)的可行性方案。

然而，除了抗干擾技術(shù)的選擇，算法的韌性也是PLC必須要考慮的問(wèn)題，分?jǐn)?shù)低階統(tǒng)計(jì)信號(hào)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已有廣泛的探討［21，22］。分?jǐn)?shù)低階α穩(wěn)定分布既可以描述成高斯信號(hào)，又可以是尖峰特性的非高斯信號(hào)。這類非高斯信號(hào)概率密度函數(shù)都具有厚重的“拖尾”分布，時(shí)間波形上有顯著的脈沖特性，能很好地描述地震噪聲［23］、水聲信號(hào)［24］、大氣信號(hào)［25］等，同樣，如果將PLC中的脈沖噪聲建成非高斯噪聲模型，用分?jǐn)?shù)低階α穩(wěn)定分布進(jìn)行描述，則相應(yīng)的抑制干擾的算法就更具有普適性，探討分?jǐn)?shù)低階統(tǒng)計(jì)信號(hào)在PLC中的應(yīng)用也是非常重要的問(wèn)題。另外，針對(duì)PLC動(dòng)態(tài)阻抗特性以及信號(hào)在PLC拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中突然接入/切出等因素導(dǎo)致的多徑傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)化建模也是值得研究的問(wèn)題。

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Interference characteristics and suppression techniques in power line communication

ZHANG Gaojing，XIONG Xingzhong
Sichuan University of Scienceamp;Engineering，Zigong 643000，China

Power line can provide electrical energy to the electric equipment，and it can also be used as a communications system for transmitting information.The reliable and efficient information transmission is the basic requirement of any kind of communication network.Based on the research of dynamic load impedance characteristic effects，attenuation characteristics of multipath effect and impulse noise interference characteristics，the feasibility of several typical inhibition technologies were analyzed，from perspective of the physical layer signal processing and the data link layer data transmission，which provided valuable reference for exploring effective technologies of pulse interference suppression in the power line communication.

power line communication，impulse interference，OFDM，IDMA，fractional lower order statistics signal

s：Innovation Team Build Plan for the Universities in Sichuan（No.13TD0017），Intelligent Signal and Information Processing Innovation Research Team of Sichuan Province（No.2015TD0022），Talents Project of Sichuan University of Science and Engineering（No.2014RC13），Supported by The Innovation Fund of Postgraduate，Sichuan University of Scienceamp;Engineering（No.y2014013）

TN914

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016041

2015-06-26；

2015-12-15

四川省省屬高?？蒲袆?chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（No.13TD0017）；智能信號(hào)與信息處理四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（No.2015TD0022）；四川理工學(xué)院人才引進(jìn)項(xiàng)目（No.2014RC13）；四川理工學(xué)院研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（No.y2014013）

張高境（1989-），男，四川理工學(xué)院碩士生，主要研究方向?yàn)殡娏d波通信終端干擾抑制技術(shù)等。

熊興中（1971-），男，博士（后），四川理工學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師，四川省學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選，IEEE會(huì)員，中國(guó)通信學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。2013-2014年在香港城市大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者。四川省杰出青年基金項(xiàng)目獲得者，四川省青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，四川省高?？蒲袆?chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，IEEE Trans Veh Tech、IEEE Trans Commun、電子學(xué)報(bào)、通信學(xué)報(bào)、中國(guó)通信等期刊的審稿人。主要從事無(wú)線與移動(dòng)通信技術(shù)、智能信號(hào)處理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和VLSI設(shè)計(jì)等方面的教學(xué)及科研工作。近年來(lái)主持或主研國(guó)家級(jí)、省部級(jí)各類科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中SCI、EI檢索收錄40余篇，出版專著1部，獲得發(fā)明專利3項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)。