基于混沌扩频和小波消噪的电力通信方法研究

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电力线通信是继电信、电话、无线通讯、卫星通讯之后的又一通信网。随着全球网络化进程的加快,信息网络化、控制自动化,已成为各行业提高效率、实现现代化的紧迫要求,因而利用现有的电力网作为信道,实现数据传递和信息交换,具有十分广阔的应用前景。电力线载波通信技术采用电力线作为通信介质,具有充分利用现有资源、易施工、综合成本低、不受环境条件限制等优点,与其它通信方式比较有着特殊的优势;但电力线具有幅频特性变化剧烈、有效带宽窄、信道特性复杂的特点,需要采用具有较高综合特性的数字调制技术。扩频通信系统与常规的通信系统相比,具有很强的抗干扰能力,如抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰等,并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点。在现有的扩频通信系统中,尽管由最大长度线性移位寄存器生成的m序列和Gold序列被普遍应用,但它们都在不同程度上存在序列长度有限和数量有限等缺陷。混沌动力学的发现为扩频序列的研究提供了新思路。本论文首先对电力线信道特性进行分析,建立相应的信道模型并进行信道仿真,在此基础上讨论了直接序列扩频通信技术应用于电力线通信的优势。针对传统扩频序列的一些缺陷介绍了混沌数字扩频序列的产生方法、特点和性能,提出了一种新的基于延时穿插的混沌序列生成方法,并对该序列的特性进行了理论分析,证明该混沌序列有良好性能,非常适合应用于电力线扩频通信中。使用Matlab和Simulink搭建混沌扩频的电力线通信系统模型,对一般混沌扩频序列系统、本文提出的混沌扩频序列系统和Gold序列扩频系统进行误码率的仿真计算,比较了不同扩频系统的抗多径干扰和抗多址干扰性能的优劣,证明了本文所提方法的有效性。为了增强系统的抗噪能力,提出了一种新阈值法和平移不变小波相结合的消噪方法,对电力信号进行消噪处理。该方法对含噪混沌扩频电力信号进行小波分解,对分解后不同尺度下的小波信号进行平移不变并同时按新阈值法进行处理,最后重构电力信号。将提出的小波消噪方法应用于混沌电力线通信模型,对含噪的混沌扩频序列系统、传统小波消噪的混沌扩频系统和新的小波消噪混沌扩频系统误码率的仿真计算验证了经该方法消噪的混沌系统在误码性能上的优势。
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