低壓電力線載波信道特性分析

1、低壓電力線載波信道特性分析摘要：分別從時變性、衰減特性、干擾噪聲、相移特性等四個方面論述了低壓電力線的傳輸特性，并給出了相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：低壓電力線；傳輸特性；通信目前，大部分建筑物內(nèi)的防火、防盜、空調(diào)等系統(tǒng)都是基于雙絞線、同軸電纜或光纜等物理媒介進行通信的。這些通信線路，雖然通信容量較大，但造價高、維護難，尤其對老建筑物的改造更加不易。相反我們知道，只要有建筑物就會有電力線，利用電力線載波通信可以人大地減少投資和對線路的維護成本

2、。然而，要在干擾嚴重的低壓電力線上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信并非易事。如何選擇調(diào)制解調(diào)人式及采用何種通信協(xié)議，應(yīng)建立在對低壓電力線信道特性了解的基礎(chǔ)之上。這方面的研究及相關(guān)論文，目前國內(nèi)還較少。本文參考了國外最新研究資料，結(jié)合我們工作中的實際經(jīng)驗來作介紹。總的來說，低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是：具有時變性，衰減較大（尤其是電力負載為害性時，對載波通信信號近似短路），各種干擾噪聲復(fù)雜。1時變性對于一般的居民用戶，我國采用的是220V交流兩

3、線供電。由于電網(wǎng)上負載的不斷接人、切出，馬達的停止、啟動，電器有開有關(guān)等各種隨機事件，使表現(xiàn)出來的信道特性具有很強的時變性。低壓電力線在1S內(nèi)可對某一頻率信號的衰減變化達到20dB，因此不能利用簡單的電壓檢測方法來確定線路信號。同時，在1S內(nèi)信噪比的變化也可達到10dB左右。2衰減特性低壓電力線一般由鋦或其它電的良導(dǎo)體加工而成，其本身的阻抗很?。ㄒ晫?dǎo)線的電導(dǎo)率和截面積不同而不同）。對不同頻率的信號，其阻抗略有變化且相對穩(wěn)定。因此，電力線

4、本身的阻抗并不是產(chǎn)生衰減的主要原因。顯然，電力線上井朕著的許多負載對信號衰落影響很大。尤其是那些用于調(diào)整電網(wǎng)功率團數(shù)的大電容，對幾百kHz的載波通信信號來說，相當于短路。另外，當負載很小時，發(fā)送耦合電路的內(nèi)阻也不可忽視，它會分去相當一部分的功率?？梢?，信號衰減由兩部分組成：一是耦合衰減；二是線路衰減。理論上，我們可以將耦合器的內(nèi)阻做得相當小，這樣衰減就主要決定干線路的衰減。實驗表明，信號的衰減是距離的函數(shù)，一般為40～100dBKm。在

5、農(nóng)村的衰減最大，500m就達到50dB；在城市，250m大約20dB；在郊區(qū)，250m亦能達到25dB；但在工業(yè)區(qū)衰減較小，750m長的線路僅為30dB。3干擾噪聲對于低壓電力網(wǎng)的干擾特性，人們分別對不同的地域（城市、工業(yè)區(qū)、鄉(xiāng)村）作了大量試驗，結(jié)論是可以用帶加性干擾噪聲的時變線性濾波電路作為低壓電力線的基本參考模型。在參考文獻中，作者認為室內(nèi)電力線的噪聲可分為背景噪聲和脈沖干擾，并且在10kHz～100MHz的頻率內(nèi)，噪聲功率譜密度以

6、29dB／decade幅度衰減。各種干擾噪聲主要來源于4個方面：（1）可控硅（SCR）器件和一些電源電路產(chǎn)生的60Hz的倍頻諧波（注：美國電力線頻率為60Hz）；（2）由負載和電網(wǎng)不同步而產(chǎn)生的具有平滑功率譜的干擾，如普通電動機產(chǎn)生的干擾；（3）開關(guān)電子設(shè)備產(chǎn)生的單脈沖噪聲（4）非同步周期的噪聲，如電視機的15.73土地的行掃描頻率。背景噪聲是典型離散高斯型的，它對通信系統(tǒng)的影響很好理解。其余就是脈沖噪聲，它對通信系統(tǒng)有著重要的影響，可

7、以產(chǎn)生突發(fā)性干擾引起瞬間的高誤碼率。研究表明：（1）脈沖噪聲的強度一一一般比背景噪聲高10dB，有時可達40dB，這種干擾與干擾源至接收器的距離有關(guān)。（2）主要的脈沖干擾頻率為120Hz，且和60比電源電壓的正或負半周期同步。（3）脈沖寬度約有百分之幾的變化120Hz脈沖噪聲）。（4）脈沖的寬度和間隔時間與脈沖幅度有關(guān)，一般幅度增加時脈寬減少。（5）干擾噪聲和信號一樣都會衰減的，尤其在衰減較大時，靠近接收機的噪聲源影響最大。（6）有的噪

8、聲源增加了背景噪聲的功率，有的增加了脈沖噪聲的功率，有的都增加了。對于室外電力線的傳輸特性，人們也作了研究，并且仍以帶干擾的時變線性濾波模型來描述電力線的特性。在參考文獻將干擾分為4種類型：A型是具有平滑功率譜的背景噪聲，這種類型噪聲的功率譜密度是頻率的減函數(shù)。其中K和時間及發(fā)送接收的位置有關(guān)，在白天，K一般數(shù)秒到數(shù)分鐘保持不變，夜晚甚至可達數(shù)小時不變。B型為單脈沖噪聲，由開關(guān)操作引起，一般持續(xù)時間遠小于12.5ms；98%以上的這種干

9、擾脈沖和人們的活動關(guān)系很大，白天脈沖干擾相對多得多，尤其在7：00～9:00h和19:00～0:00h時。C型為與電網(wǎng)頻率同步的噪聲，主要由可控硅（SCR）器件產(chǎn)生；在60～95kHz的頻率段內(nèi)，其功率譜密度大約為一70dBWKHz。D型為和電網(wǎng)頻率無關(guān)的窄帶干擾，主要由其它電器輻射引起，測量表明，其功率密度一般為一60～90dBwkhz。4相移特性文獻中就電力線傳輸信號對相位的影響也作了測量，結(jié)果表明，通過250m的電力線，正弦波的相