浅谈无线通信传输的抗干扰在电力系统应用

摘 要：由各类电子设备构架成为的电力系统，其内部大电流、高电压输变电设施之间的电磁干扰和相互作用，使得电力系统成为一个强、弱电设备密集分布的强电磁环境。因此下文谈论加强无线通信传输抗干扰在电力系统的应用十分重要。

关键词：无线通信；传输；抗干扰；电力

前言

无线通信技术较其他通信技术有较强的通信稳定性和适用性。因为无线通信技术使用的是扩频技术，基于各种元器件的运作易于控制等优点。然而，由于输变电的功率不断扩大，电压电平的逐渐增量，使电力系统的电磁环境和电磁干扰通信越来越受到了业内人士的关注。

1 电网无线传感网构造

在电源系统中及监控和检测下的各种电气量、开关量、模拟量等组成的无线传感器网络。其无线传感器网络是一种基于web类型的应用程序。根据不同的监测对象和不同的电源系统，在设备上安装和配置传感器节点，以便对不同对象的信息和数据资料全过程进行测量。图1为基于无线传感网络的电力系统结构图。

图1 电力无线传感网

通过使用无线传感器网络， 管理员可以监控和控制电力系统各关键部门的实时通信传输硬件和软件状态， 并进行监控和分析， 从而有效地控制监控数据的终端设备的运行。由于无线传感器网络具有通信、网络、管理、分发等关键技术， 服务质量被描述为不同的应用目标。，它们是建造高效率、情报、数字式、自动化和交互式的重要节点，系统将此应用于无线传感器网络中。

2 扩展频谱通信技术

2.1 扩频通信原理

传播光谱通信，也指扩展频谱通信，是一种信息传输方法。信号占用量大的带宽大于传送的信息需要的最小带宽； 频带扩展是通过一个独立代码序列 （一般是随机代码）。由编码或模块化组成，使用在同一个代码的接收器为相关的同步接收、解扩，从而恢复出信号原始的采集信息[1]。

采用扩频通信技术，一般具有3个显著的特征，首先信号是宽带信号且是由系统的随机序列所产生的，其次为了减少信号干扰，传输信号的带宽大于信号自身带宽。最终，为了通过恢复探向信号在接收端的还原，同一个随机代码为despreading使用在接收端和发送端。基于上述扩展频谱技术的好处，本文针对扩展频谱技术于无线传感器网络为反电磁式干涉和反多重通道造成的衰减。

2.2 信干比的估算

受到干扰的中继转发节点除了收到正常通信信号外，还可能收到地面、空中的电磁干扰，在收端，有用信号功率可表示为：

S=Pst+Gst+Gr-Lsp-Ls （1）

（1）式中：Pst为传输信号功率；Gst为传输节点的天线增益；Gr为转发节点的天线增益；Lsp為信号空间传输损耗；Ls为节点间天线间的系统及插入损耗。转发节点的干扰信号功率可表示为：

I=Pit+Git+Gr-Lip-Ls-FDR（Δf） （2）

（2）式中：Pit为干扰信号发射功率；Git为干扰天线发射增益；Lip为干扰信号空间传输损耗。视距条件下，空间传输损耗为：

Lp=32.4+20lgr+20lgf （3）

（3）式中：Δf=fi+fr，fi和fr分别为干扰信号频率和转发节点调谐带宽，同频干扰时可取为：

OFR（Δf）=0 （4）

从而可得转发节点的信干比为：

RSI=S-I （5）

（4）式中：S为有用信号功率；I为转发节点干扰信号功率。

2.3 误码率的估算

根据柯捷尔尼可夫所提出理论，信号与噪声关系为

（6）

（5）式中：Pe表示信号误码率；E表示信号能量；N0表示噪声功率谱密度。信号功率可用信号能量与信号持续的时间T的比值表示为

噪声的功率可用信号的带宽W和功率谱密度的乘积表示为N=WN0。将上述各参数代入 （10） 式中可得

（7）

（6）式表明信噪比和带宽可以互换。对于一定带宽信号而言，若采用宽带信号来传递信息可在强干扰环境下保证信号安全传输。

2.4 自适应递归滤波器抑制电磁干扰

自适应递归滤波器是一种空间域数字滤波器，可以执行数字信号处理根据输入信号的自动调节性能。 它只处理了点，需要过滤的一次通过迭代递归，不处理未过滤的点。 使其对该地区的失真降至最低。中继转发节点通过（1）-（3）式估算出信噪比后，采用自适应递归滤波器进行滤除干扰信号，在扩频通信系统中应用时，可在中继转发节点基带部分或中频部分加入自适应干扰抑制滤波器，此时自适应递归滤波器就与未知系统具有相似的特征，可用来提供一个在某种意义上能够最好拟合未知装置的线性模型。因为扩频信号有很宽的频带，且强电磁干扰是容易识别和估计的，所以电磁干扰和其他单频干扰所引起的系统性能下降可以由自适应滤波法来改善。输入的干扰信号经过调制被搬移到频率较低处。这样一来可以获取同干扰信号一致的信号，再对输入信号和干扰信号进行差分运算，便可获得原始信号，最终实现干扰抑制。假设x（k）为原始输入信号样本序列，且满足x（k）=s（k）+I（k）+n（k），其中，s（k）为仅包含元素±1的伪随机序列；I（k）为样本信号干扰序列；n（k）为高斯白噪声序列。干扰预测估计值序列为

原始信号经过外差滤波器后输出信号为 将该

输出扩大一倍后与输入信号进行差分运算，不考虑高斯白噪声情况下最终输出信号为 从而得到了干扰抑制后的有用信号。为了求解该自适应滤波器系统的传输函数，可将上式转换到频域进行处理。经过频率转换可得到

至此可得到所求的传输函数为

3 抗电磁干扰信号的仿真

本文采用matlab针对其抗干扰技术进行分析，对不同通过设置阈值选择合适的能量消耗水平，传输能量水平取值为67.2 nJ/bit～253.8 nJ/bit，共被分为27个能量消耗等级。假设节点工作于2.4 GHz频段，数据传输速率为250 Kbit/s。为了节省节点能量耗散速率，假定数据传递速率越高，节点处于激活状态时间越短。节点传递数据包大小为30 bits，节点缓存区最多可容纳64个数据包。本文选择误码率Pe作为系统性能度量标准，其收到的正确数据比特数在总传输数据比特数中的比重。

仿真结果表明，初始阶段随着数据包中填充码数量逐步增长，系统误码率Pe变化速率较快，此后，填充码数量在整个扩频序列中比重继续扩大，误码率Pe不会产生太大变化。这说明在研究DSSS抑制WSN架构下电力系统中电磁干扰问题的过程中可以对DSSS机制中填充码位数进行优化，从而使系统获得更优异的性能。

4 总结

综上所述，本文提出了基于DSSS的抗电磁干扰机制，通过系列的演算，再根据受到电磁干扰的强度采用自适应的滤波器对电磁噪声信号进行滤波，从而提高了节点的投递率，减少网络数据重发，也减少了网络节点的能量开销，优化了网络性能。

参考文献：

[1]丁玉波.关于电力通信信号系统安全的具体分析[J].民营科技，2012（02）.

作者简介：

张超（1971-），女，四川内江，本科，工程师，通信运行检修专业.