电力线通信技术原理及应用

电力线通信技术原理及应用

中压电力线信道研究

电力线设计的初衷是传递频率为50~60Hz的电力信号，将其功能扩展到语音或者数据信号传输时将面临复杂的电磁环境。因此，对于PLC技术而言，针对电力线信道特性的研究是非常基础和关键的。在我国，由于中压线路分布和负载情况更为复杂，变电站间线路相对较短以及干扰相对较强，中压电力线组网通信所面临的物理层环境比较复杂和恶劣。近年来，相关科研机构对中压电力线信道特性进行了卓有成效的研究，笔者也对我国北方典型农村地区的中压电力线信道特性进行了多次实地测量和分析，这些研究成果为实际的工程应用提供了参考。

一般来说，电力线信道对于数字通信的负面影响主要来源于三个方面：变化的阻抗特性；频率选择性的信道衰减特性；有色背景噪声和多种冲激噪声。

研究信道阻抗特性的目的主要是为了实现信道与发射机、接收机之间的阻抗匹配，当阻抗失配时，将造成信号能量的浪费，甚至出现哑信号点。由于中压配电网的分支多，负载情况复杂，线路阻抗会随距离、频率、时间而变化，且变化范围大，一般在几十欧~几百欧之间，图2即为中压电力线阻抗特性随频率变化曲线。故在实现宽带网络接入时，阻抗匹配比较困难；目前，通常采用在耦合技术中通过牺牲匹配性能来适合线路侧宽范围内阻抗的方法，也有系统在发射机端采用阻抗自适应的功率放大设备等，以达到较好的阻抗匹配效果。


图2中压线路阻抗特性曲线
　　
信道衰减特性对于数字通信的效果有着重要影响。中压线路的衰减比低压线路的衰减严重，有实验表明，平均每100m幅值衰减可达到8dB~11dB。同时，中压线路的衰减也表现出明显的频率选择性，在一些频率点或者频段，会出现深度的传输衰减。由大量分支点造成的多径效应被认为是一个主要原因。实验证明，在这些深度衰减的频段上，很难实现成功的通信连接，必须在实际通信系统中予以回避。

中压电力线平均噪声功率在-60~-70dBm/Hz左右。其中，由多种低功率噪声的叠加而成的有色背景噪声功率一般在-60~-70dBm/Hz之间，在一些频段可低于-80dBm/Hz，其整体随频率增高而减弱，且功率谱变化较慢，一般为分钟甚至小时量级；主要由通信带宽内的广播电台等其它无线通信信号造成的窄带噪声，平均占用2k~4kHz的带宽，功率较高，较背景噪声高出约30~50dBm/Hz，该类干扰一般长时稳定存在；对通信效果影响最大的是冲激噪声，该类噪声随机产生，持续时间很短，一般为几十或者几百毫秒，绝大部分功率高于背景噪声10~30dBm/Hz，当冲激噪声发生时，噪声频段内的数据传输将可能出现严重的突发性误码。图3为我国农村中压电力线在40k~560kHz频段内的典型噪声频谱。