电力线载波通信中的自动增益控制技术

朱晓文 李中建 周勇军

【摘 要】电平的稳定性对载波通信系统的信号传输质量起到了重要的影响。因此，在电力线载波通信系统中，应用自动增益控制技术，能够对电平的稳定性起到有效的控制，显著提升载波通信系统信号传输的质量。本文主要对电力线载波通信中自动增益控制技术的应用进行探讨，分析各种自动增益控制算法的分类与具体应用范围，通过实验证明电力线载波通信中自动增益控制技术应用的可行性。

【关键词】电力线；载波通信；自动增益控制；门限比较法

前言

电缆线载波通信主要是依靠电力线作为媒介进行信号的传输，是电力部门特有的通信方式，主要用于电力系统中发变电站、开关站等基站。能够帮助电力系统对电力线路输送、保护起到宏观控制作用，也能帮助电力系统对电话进行有效的调度。实际上，在电力线上进行载波通信难度较高，电力线不适合作为载波信号传输的媒介。由于在电力线上进行载波通信环境较为恶劣，因此必须采用更为先进的信号质量提升技术，才能保证电力线载波通信电平稳定性，提升电力线载波通信系统信号传输的信号质量。

一、电力线载波通信系统工作原理

随着数字信号处理技术的不断发展，逐步带动了通信技术的发展，为电力线载波通信系统优化奠定了坚实的基础。充分应用计算机信息技术与数字信号处理技术，实现数字化电力线载波网络，提升传输信号质量。现阶段广泛使用的电力线载波通信主要使用的是全数字接收机，具体结构如图1所示。系统通过将A/D模块前移迅速将带通信信号转化为数字带通信号输送至DDS模块，然后由DDS模块将数字带通信号解调，解调之后形成数字基带信号，实现信号的全面数字信号处理。

图1 电力线载波通信数字接收机结构

电力线载波通信数字接收机结构主要采用模拟自动增益控制与数字自动增益控制两种二级控制手段，模拟自动增益控制是为了确保A/D模块中的信号能够实现较为全面覆盖，不会产生溢出。如果信号超过了A/D模块的覆盖范围，就会导致信号溢出丢失，如果信号覆盖A/D模块的范围较小，就会使得信号转化的质量降低，也会导致信号丢失。因此，模拟自动增益控制的使用能够动态的调整电力线载波通信数字接收机前段结构的增益情况，提升信号的传输质量。如果A/D模块处理的信号中存在外带信号的干扰，就会导致有用信号功率分配的降低，通过信号消除后，会造成信号星座图的动态变化，形成误码。依靠数字自动增益控制处理之后，将通过均衡器的信号进行调整，保证信号星座图的大小符合要求。

模拟自动增益控制与数字自动增益控制的区别主要是施加增益的方式存在一定的差异。模拟自动增益控制主要是依靠模拟放大电路对接收信号进行放大或者缩小处理；数字自动增益控制是通过数字乘法器对数字信号进行放大或者缩小处理。模拟自动增益控制的增益方式与数字自动增益控制的增益方式都是利用自动增益算法进行计算后得到的，模拟自动增益控制主要是使用单路的实带通数字信号，数字自动增益控制使用的是双路复基带数字信号，基本自动增益算法没有本质的差异。

二、自动增益算法

自动增益的算法基本结构如图2进行详细说明。

图2 自动增益算法的基本结构图

第一次增益g是对每L（L>1）个y（n）信号进行，从L个输出信号y（Lm），y（Lm-1），……，y（Lm -L+1）估算出参量a（m），然后将a（m）与门限d进行对比分析，计算出差量e（m），通过分析差量e（m）采用代算法计算增益g（m）的参数值。

（一）参量a（m）的估算方法与门限d的参数

自动增益算法可以将当前所有的输出信号y（n）的平均幅度、最高幅度、平均功率等参量进行综合分析并将其作为评判标准对信号的增益情况进行调整。参量a（m）的平均幅度、最高幅度、平均功率，对应的门限d就是相应的参考参数值。

a（m）幅度峰值的计算公式：

a（m）=max{丨y（Lm）丨，丨y（Lm-1）丨，……，

丨y（Lm -L+1）丨} （1）

a（m）的平均幅度计算公式：

a（m）= {丨y（Lm）丨，丨y（Lm-1）丨，……，

丨y（Lm -L+1）丨} （2）

a（m）的平均功率计算公式为：

a（m）= {丨y（Lm）丨2，丨y（Lm-1）丨2，……，

丨y（Lm -L+1）丨2} （3）

上述公式中L为窗口的大小，根据实际信号的情况可以进行相应的调整；门限d的数值也可以根据实际信号的情况进行相应的调整。

（二）增益迭代算法

增益的迭代算法主要有两种，第一种是门限比较法，第二种是LMS迭代法。

1、门限比较法计算增益

当a（m）>dH；e（m）<0的时候，计算公式为：

g（m+1）=kH×g（m），（0

当a（m）0的时候，计算公式为：

g（m+1）=kL×g（m），（01） （5）

上述公式中，kH kL 均为固定值，不会随着e（m）的动态变化而变化，当dH与dL相等时，作为单门限进行比较；当dH与dL不相等时，作为双门限比较。

2、LMS迭代算法

LMS迭代算法的计算公式为：

y（n）=g（m）×x（n）， （n= Lm ，Lm-1，……，Lm -L+1） （6）

a（m）= f[y（Lm）， y（Lm-1），……，y（Lm -L+1）] （7）

e（m）=d-a（m） （8）

g（m+1）=g（m）+b×e（m） （9）

上述公式中，0

（三）自动增益算法的应用

模拟自动增益控制主要使用最高幅度参量与门限比较法进行计算增益参数，因为模拟自动增益控制主要是避免信号从A/D模块溢出造成信号的丢失，而且由于模拟自动增益控制的增益方案采用的是模拟方式，无法实现较为灵活的增益变化，采用门限法能够较为准确的选择增益幅度。数字自动增益算法一般使用平均幅度参量、平均功率参量依靠LMS迭代算法进行增益参数的计算。

参考文献：

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