摘 要：由各類電子設(shè)備構(gòu)架成為的電力系統(tǒng)，其內(nèi)部大電流、高電壓輸變電設(shè)施之間的電磁干擾和相互作用，使得電力系統(tǒng)成為一個強、弱電設(shè)備密集分布的強電磁環(huán)境。因此下文談?wù)摷訌姛o線通信傳輸抗干擾在電力系統(tǒng)的應(yīng)用十分重要。

關(guān)鍵詞：無線通信；傳輸；抗干擾；電力

前言

無線通信技術(shù)較其他通信技術(shù)有較強的通信穩(wěn)定性和適用性。因為無線通信技術(shù)使用的是擴頻技術(shù)，基于各種元器件的運作易于控制等優(yōu)點。然而，由于輸變電的功率不斷擴大，電壓電平的逐漸增量，使電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境和電磁干擾通信越來越受到了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

1 電網(wǎng)無線傳感網(wǎng)構(gòu)造

在電源系統(tǒng)中及監(jiān)控和檢測下的各種電氣量、開關(guān)量、模擬量等組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種基于web類型的應(yīng)用程序。根據(jù)不同的監(jiān)測對象和不同的電源系統(tǒng)，在設(shè)備上安裝和配置傳感器節(jié)點，以便對不同對象的信息和數(shù)據(jù)資料全過程進行測量。圖1為基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 電力無線傳感網(wǎng)

通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 管理員可以監(jiān)控和控制電力系統(tǒng)各關(guān)鍵部門的實時通信傳輸硬件和軟件狀態(tài)， 并進行監(jiān)控和分析， 從而有效地控制監(jiān)控數(shù)據(jù)的終端設(shè)備的運行。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有通信、網(wǎng)絡(luò)、管理、分發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)， 服務(wù)質(zhì)量被描述為不同的應(yīng)用目標(biāo)。，它們是建造高效率、情報、數(shù)字式、自動化和交互式的重要節(jié)點，系統(tǒng)將此應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。

2 擴展頻譜通信技術(shù)

2.1 擴頻通信原理

傳播光譜通信，也指擴展頻譜通信，是一種信息傳輸方法。信號占用量大的帶寬大于傳送的信息需要的最小帶寬； 頻帶擴展是通過一個獨立代碼序列 （一般是隨機代碼）。由編碼或模塊化組成，使用在同一個代碼的接收器為相關(guān)的同步接收、解擴，從而恢復(fù)出信號原始的采集信息[1]。

采用擴頻通信技術(shù)，一般具有3個顯著的特征，首先信號是寬帶信號且是由系統(tǒng)的隨機序列所產(chǎn)生的，其次為了減少信號干擾，傳輸信號的帶寬大于信號自身帶寬。最終，為了通過恢復(fù)探向信號在接收端的還原，同一個隨機代碼為despreading使用在接收端和發(fā)送端?；谏鲜鰯U展頻譜技術(shù)的好處，本文針對擴展頻譜技術(shù)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為反電磁式干涉和反多重通道造成的衰減。

2.2 信干比的估算

受到干擾的中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點除了收到正常通信信號外，還可能收到地面、空中的電磁干擾，在收端，有用信號功率可表示為：

S=Pst+Gst+Gr-Lsp-Ls （1）

（1）式中：Pst為傳輸信號功率；Gst為傳輸節(jié)點的天線增益；Gr為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的天線增益；Lsp為信號空間傳輸損耗；Ls為節(jié)點間天線間的系統(tǒng)及插入損耗。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的干擾信號功率可表示為：

I=Pit+Git+Gr-Lip-Ls-FDR（Δf） （2）

（2）式中：Pit為干擾信號發(fā)射功率；Git為干擾天線發(fā)射增益；Lip為干擾信號空間傳輸損耗。視距條件下，空間傳輸損耗為：

Lp=32.4+20lgr+20lgf （3）

（3）式中：Δf=fi+fr，fi和fr分別為干擾信號頻率和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點調(diào)諧帶寬，同頻干擾時可取為：

OFR（Δf）=0 （4）

從而可得轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的信干比為：

RSI=S-I （5）

（4）式中：S為有用信號功率；I為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點干擾信號功率。

2.3 誤碼率的估算

根據(jù)柯捷爾尼可夫所提出理論，信號與噪聲關(guān)系為

（6）

（5）式中：Pe表示信號誤碼率；E表示信號能量；N0表示噪聲功率譜密度。信號功率可用信號能量與信號持續(xù)的時間T的比值表示為

噪聲的功率可用信號的帶寬W和功率譜密度的乘積表示為N=WN0。將上述各參數(shù)代入 （10） 式中可得

（7）

（6）式表明信噪比和帶寬可以互換。對于一定帶寬信號而言，若采用寬帶信號來傳遞信息可在強干擾環(huán)境下保證信號安全傳輸。

2.4 自適應(yīng)遞歸濾波器抑制電磁干擾

自適應(yīng)遞歸濾波器是一種空間域數(shù)字濾波器，可以執(zhí)行數(shù)字信號處理根據(jù)輸入信號的自動調(diào)節(jié)性能。 它只處理了點，需要過濾的一次通過迭代遞歸，不處理未過濾的點。 使其對該地區(qū)的失真降至最低。中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點通過（1）-（3）式估算出信噪比后，采用自適應(yīng)遞歸濾波器進行濾除干擾信號，在擴頻通信系統(tǒng)中應(yīng)用時，可在中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點基帶部分或中頻部分加入自適應(yīng)干擾抑制濾波器，此時自適應(yīng)遞歸濾波器就與未知系統(tǒng)具有相似的特征，可用來提供一個在某種意義上能夠最好擬合未知裝置的線性模型。因為擴頻信號有很寬的頻帶，且強電磁干擾是容易識別和估計的，所以電磁干擾和其他單頻干擾所引起的系統(tǒng)性能下降可以由自適應(yīng)濾波法來改善。輸入的干擾信號經(jīng)過調(diào)制被搬移到頻率較低處。這樣一來可以獲取同干擾信號一致的信號，再對輸入信號和干擾信號進行差分運算，便可獲得原始信號，最終實現(xiàn)干擾抑制。假設(shè)x（k）為原始輸入信號樣本序列，且滿足x（k）=s（k）+I（k）+n（k），其中，s（k）為僅包含元素±1的偽隨機序列；I（k）為樣本信號干擾序列；n（k）為高斯白噪聲序列。干擾預(yù)測估計值序列為

原始信號經(jīng)過外差濾波器后輸出信號為 將該

輸出擴大一倍后與輸入信號進行差分運算，不考慮高斯白噪聲情況下最終輸出信號為 從而得到了干擾抑制后的有用信號。為了求解該自適應(yīng)濾波器系統(tǒng)的傳輸函數(shù)，可將上式轉(zhuǎn)換到頻域進行處理。經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換可得到

至此可得到所求的傳輸函數(shù)為

3 抗電磁干擾信號的仿真

本文采用matlab針對其抗干擾技術(shù)進行分析，對不同通過設(shè)置閾值選擇合適的能量消耗水平，傳輸能量水平取值為67.2 nJ/bit～253.8 nJ/bit，共被分為27個能量消耗等級。假設(shè)節(jié)點工作于2.4 GHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為250 Kbit/s。為了節(jié)省節(jié)點能量耗散速率，假定數(shù)據(jù)傳遞速率越高，節(jié)點處于激活狀態(tài)時間越短。節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)包大小為30 bits，節(jié)點緩存區(qū)最多可容納64個數(shù)據(jù)包。本文選擇誤碼率Pe作為系統(tǒng)性能度量標(biāo)準，其收到的正確數(shù)據(jù)比特數(shù)在總傳輸數(shù)據(jù)比特數(shù)中的比重。

仿真結(jié)果表明，初始階段隨著數(shù)據(jù)包中填充碼數(shù)量逐步增長，系統(tǒng)誤碼率Pe變化速率較快，此后，填充碼數(shù)量在整個擴頻序列中比重繼續(xù)擴大，誤碼率Pe不會產(chǎn)生太大變化。這說明在研究DSSS抑制WSN架構(gòu)下電力系統(tǒng)中電磁干擾問題的過程中可以對DSSS機制中填充碼位數(shù)進行優(yōu)化，從而使系統(tǒng)獲得更優(yōu)異的性能。

4 總結(jié)

綜上所述，本文提出了基于DSSS的抗電磁干擾機制，通過系列的演算，再根據(jù)受到電磁干擾的強度采用自適應(yīng)的濾波器對電磁噪聲信號進行濾波，從而提高了節(jié)點的投遞率，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)重發(fā)，也減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量開銷，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能。

參考文獻：

[1]丁玉波.關(guān)于電力通信信號系統(tǒng)安全的具體分析[J].民營科技，2012（02）.

作者簡介：

張超（1971-），女，四川內(nèi)江，本科，工程師，通信運行檢修專業(yè).