低压电力线载波通信系统 以及频率参数变化，其阻抗特性难以准确描述，但在一定的频率范围内时，特性阻抗的变化范围一定。一般情况下，电力线负载从20欧姆到190欧姆动态变化，很难做到输入阻抗的匹配，给电路设计带来很大的困难、
2.2 衰减特性分析
信号在电力线上传输中的衰减是低压电力线载波通信的一大难点，研究证明其主要包括耦合衰减和线路衰减。耦合衰减是由于信号发送电路输出阻抗与电力线输入阻抗不匹配造成的。线路衰减是指传输信号的能量在电力线上的损耗，其产生原因是多方面的包括电力线网络复杂，接入点多以及信道存在许多阻抗不匹配的节点等，从而使电力线信道具有多径信道的特征，必然造成信号的多径传播从而造成衰减。
（1） 经过测量分析和总结前人的研究成果发现电力线信道衰减特性主要如下：总的来说，信号传输的距离越远，信道衰减特性就越厉害。但是由于电力线是非均匀不平衡的传输线，接在上面的负载阻抗也不匹配，所以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。这些复杂现象的组合，使信号的衰减距离的变化关系变得非常复杂，有可能出现近距离点的衰减比远距离点还大的现象。电力线信道衰减一般很大，除非在很短的距离上传输，否则信号衰减一般都达到20db以上。因为考虑到辐射干扰和成本问题，发射机信号功率不可能无限增大，而是有一定的上限，所以通信距离是有限的。因此电力线通信的距离相对于其他的有线通信要小得多。
（2）电力线上并联着的许多负载对信号衰减衰减影响很大。尤其是那些用于调整电网功率因数的大电容，对几百Khz的载波通信信号来说，相当于短路另外，当负载阻抗很小时，发送耦合电路的内阻也不可忽略。
（3）由于电力线阻抗的时变性，电力线信道衰减特性也同样表现出强的时变性，不同时刻的测量值超过20DB，白天和晚上表现出很大是差异。在工厂办公室内白天的衰减比晚上打，而在居民小区，晚上6到10点反而是衰减最大的时候，因为这段时间是居民用电即负载最重的时候。在设计通信方案时要充分考虑到这些因素。
（4）电力线衰减在频域上呈现出强烈的变化，从总的趋势上来说随着频率的升高衰减越来越多，单远非单调递增，而是表现为剧烈的波动，在幅频曲线上产
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低压电力线载波通信系统 生大大小小的下陷。当电力线里有大的电容时，在某些特定的频点上会造成谐振，此时负载会近似为短路。造成接收信号急速降低，形成窄带衰减。在选用通信频率时应该尽量避开这些频点。
（5）一般同相衰减小于垮相衰减，单在一定频率点上可能会例外，这可能是电阻负载、反射、多径传播或驻波等现象造成的影响。
（6）高频信号在低压电力线上传输时，还有一个显著的现象去其衰减随工频电源的相位而变化，有时高频信号在工频电源的某个相位范围内会产生较大的衰减变化。产生这种现象的原因，可能是因为一些工作于开关状态的设备，如开关电源灯在工频交流电的一定相位时打开开关器件，于是就将电力线接到了后面的电路上。这些电路上通常含有大量的电容器或大功率的负载，所以引起高频信号衰减的剧烈变化。除此之外，开关电源会向电力线上释放大量的高频干扰，从而影响通信系统的工作。随着负载的在电力线上的连接或者断开，在不同的时刻，信号衰减都会表现出不同的特点。有时这种变化的程度会很大。由于负载的变化是随机的，所以信号衰减也会随机的发生变化。但是，从统计上看，这种变化还是有一定的规律可寻的。另外，接收机所处的位置不同，信号的衰减不同。在某些负载如彩色电视机、计算机等的旁边，高频信号的衰减往往会增大许多。
2.3 噪声特性分析
噪声特性是电力线的又一重要特性，电力线屏蔽性差，易引起外界的干扰，用电器种类又繁多，因此室内电力线上存在许多强时变性的噪声干扰。 （1）从时域上看，室内电力线上的噪声表现出一定的周期性，主要频率为电力系统频率的两倍，这是与工频有关的可控硅的工作造成的。从频域上看，一般而言，噪声的功率谱随频率的升高而降低，但有时又有很多的变化，存在许多突变。
（2）电力线上的噪声也表现出很明显的时变性，在不同的时刻，噪声干扰的频率和强度都不相同，但想要了解某个环境中电力线噪声特性就要多次测量不同时刻的频率谱曲线，再研究统计平均后的频率谱密度曲线。
（3）噪声的强度还依赖于噪声源离接收机的远近，因为噪声在电力线上的传输也会像通信信号一样被衰减，传输距离越远衰减越大。若在接收机附近有一强的噪声源，且其功率谱密度在通信所有的频带范围内较强，则最有可能影响通信
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低压电力线载波通信系统 信号的正确传输，这种情况应是电力线通信所极力避免的。
（4）因为电力线上存在多种性质各异的噪声，要想减小噪声，降低通信误码率就需要对这些噪声的性质、来源、频谱特性进行研究。低压电力线的传输环境不同于其他信道，它的结构复杂，连接的负载众多且经常发生变化，因此作用于它的噪声不能简单的归结为加性高斯白噪声，而应根据不同噪声源进行具体分析。通常将电力线的噪声分为5类。各类噪声的特性参数见下图：
psd psd psd f 有色背景噪声 psd 窄带噪声 f 与工频异步的 周期性脉冲噪声 psd f f 与工频同步的 周期性脉冲噪声 图2-1 各类噪声特性图
异步脉冲噪声 f
（1）有色背景噪声：这种噪声随频率而发生变化，具有相对低的频率谱密度（PSD）。它主要是由各种低压功率的噪声源产生的，它的功率谱密度随时间的变化而发生简单的变化。
（2）窄带噪声：一般由中、短波广播所引发，它随时间而发生变化。 （3）与工频异步的周期性脉冲噪声：这种噪声的重复频率一般为50-200Hz，由电视机或电脑显示器干扰所造成，它的重复频率与电视屏幕或电脑显示器的扫描频率同步。
（4）与工频同步的噪声周期性脉冲噪声：脉冲的重复频率为工频或工频的整数倍。脉冲的持续时间很短，频率覆盖范围大，功率大，功率谱密度随频率的升高而下降。它的主要作用是由可控硅整流器件造成的。
（5）异步脉冲噪声：闪电或网络上负载（如电容器组，自动调温器，冰箱，空气调节器等）的开关操作会产生脉冲噪声，每个脉冲噪声都会影响很宽的频带。它的到达时间是随机的，持续时间从几?s到几ms。脉冲噪声的功率谱密度有时
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低压电力线载波通信系统 会比背景噪声高出50db。这类噪声是电力线的最大障碍。
通常，前三类噪声随时间变化缓慢，常归结为背景噪声。后两种噪声的时变性强，当出现这些噪声时，功率谱密度会突然上升，数据传输会造成很大的差异。噪声很难直接定量的表示，但也有一定的规律性，比如噪声随频率的增高有下降的趋势，并且无论噪声所复杂，都是由各种特定性质的噪声源叠加而成。
2.4 系统干扰特性分析
在低压电力线上进行数据通信时的另一个需要研究的重要问题是电力线上干扰特性性质。电力线上的干扰可分为非人为干扰和人为干扰。非人为干扰指的是一些自然现象，如雷电在电力线上引起的干扰。人为干扰则是由连接在电力线上的用电设备产生的，并对数据通信有更严重的影响。为了表示这种干扰的复杂特性并简化分析，我们可以近似的将其分为4类：周期性连续干扰、周期性的脉冲干扰、时不变的连续干扰和随机产生的突发性干扰。通常情况下，前两类干扰占主导地位。
(1)低压电力线上干扰的周期性。
产生这种周期性干扰的原因是由于许多用电设备会在工频交流电击波的某个固定相位上释放出干扰。在实际情况中，由于有大量的用电设备同时释放干扰，而这些干扰的瞬时功率、周期、相位等又变化很大，各不相同，因此最终会在电力线上产生时不变的连续干扰。由于信号在电力线上传输的衰减非常大且富于变化，而且干扰频谱有可能部分或完全覆盖信号频谱，因此，在通信过程中的信噪比可能会变的很低，通信误码率增加。 (2)低压电力线上干扰的随机性。
除了上述的周期性和连续性的干扰外，电力线上还存在许多随机发生的干扰。这些种随机干扰通常是由于高压开关的操作、雷电、较大的负荷变化、电力线上的短路故障等引起的，往往是能量很大的脉冲干扰或脉冲干扰群持续时间较短，但能量很集中，频谱也很宽。高压的断开和闭合在电力线路上导致的暂态过程会产生一系列的电磁脉冲（脉冲群），而这一暂态过程受多种因素影响，分散性极大。另外，低压电力线路上的各种大功率负载的突然开关、大功率电机的启停过程、功率因数补偿电容器的投切以及短路、故障切除和重合闸等都会引起电压、电流的突变和和频谱分量的增加。而在离接收机近距离的范围内，某些中小
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低压电力线载波通信系统 功率的负载，如日光灯、计算机等的开关也会产生较大的突发脉冲干扰而影响通信。通信过程中，由于其高能量、宽频谱的特性，通常会使所传数据的若干各位甚至整个数据传输过程发生错误。在一个完善的低压电力线载波通信系统中，可以通过前向纠错码、自动重发机制、数据预取机制等措施加以克服。 (3)低压电力线上干扰的多变性
出于与信号衰减多变性同样的原因，低压电力线上的干扰也存在多样性。这种多样性表现在两个方面。首先是因时而变，即在不同时刻，干扰的频率、强度都各不相同。其次是因地而变，即在不同的低压电力网之间，干扰的情况各不相同；而在同一个低压电网之内，不同地点的干扰情况也不相同。电力线上干扰的因地而变的特性对低压电力线载波通信系统也会产生很大的影响。
第3章 扩频通信的相关研究
3.1 扩频通信基本原理
随着人们的需求以及通信技术不断的发展，通信正朝着高速率、宽频带、大容量方向发展。就理论研究而言，低压电力线载波通信已从传统的频带传输（幅频键控ASK，频移键控 FSK，相移键控 PSK）发展到扩频通信（SSC）技术、多载波正交频分多址（OFDM）技术以及使用高速光纤的光波分复用（WDM）技术等。
所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。其基本原理如下图所示：
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