淺談低壓電力線載波通信中的干擾及解決措施

胡瑞

【摘 要】電力線載波通信技術(shù)是采用電力線傳送數(shù)據(jù)和話音信號(hào)的一種通信方式。本文通過分析低壓電力線載波通信中存在的噪聲和干擾情況，介紹了減少或克服這些干擾的解決方法。

【關(guān)鍵詞】低壓電力線載波通信；干擾分析；抗干擾措施

Interferences and Solutions in Power Line Carrier Communication with Low Voltage

HU Rui

（Shenyang Ligong University， Shenyang Liaoning 110159， China）

【Abstract】The power line carrier communication（PLC） is a kind of communication method that transmits the data signal and audio signal through the power line. This papers introduces the solutions to reduce or overcome the interferences based on analyzing the noises and interferences in power line carrier communication with low voltage.

【Key words】Power line carrier communication with low voltage； Interference analysis； Anti-interference solution

電力線載波通信技術(shù)是采用高＼低壓電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)的一種通信方式。該技術(shù)主要應(yīng)用于水、煤氣、電表等的自動(dòng)抄表系統(tǒng)、智能小區(qū)＼家居系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)接入等方面，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、傳輸速率高、永遠(yuǎn)在線、范圍廣、通信距離長等。但其也存在一些問題，主要是低壓電力線信道存在著嚴(yán)重的干擾和很大的時(shí)變衰減。本文主要對(duì)低壓電力線載波通信中存在的噪聲和干擾進(jìn)行分析并給出相應(yīng)的解決方法。

1 電力線載波通信中存在的干擾

電力線的主要功能是傳輸電能，若將其做為信號(hào)線來傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)，需分析其做為信號(hào)信道的特點(diǎn)。

1.1 傳輸信道特性分析

對(duì)于所有的通信信道，阻抗、信號(hào)衰減和干擾是決定其性能的基本參數(shù)。

通信信道的輸入阻抗是指在信號(hào)發(fā)送裝置和信號(hào)接收裝置驅(qū)動(dòng)點(diǎn)處配電網(wǎng)的等效阻抗，它是表征低壓電力線傳輸特性的重要參數(shù)。電力線上的輸入阻抗隨著頻率的變化而劇烈變化，且因其上面連接有各種復(fù)雜的負(fù)載，它們會(huì)在電力線上隨機(jī)地且在不同時(shí)間和位置接入或斷開，故電力線的輸入阻抗也會(huì)發(fā)生較大幅度的改變[1-2]。

衰減特性與通信距離、信號(hào)頻率等都有密切關(guān)系[3]，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減就越厲害。電力線是非均勻不平衡的傳輸線，接在上面的負(fù)載的阻抗也不匹配，當(dāng)信號(hào)遇到反射、駐波等復(fù)雜現(xiàn)象時(shí)，信號(hào)的衰減隨距離的變化關(guān)系變得非常復(fù)雜，有可能出現(xiàn)近距離點(diǎn)的衰減比遠(yuǎn)距離點(diǎn)還大的現(xiàn)象。接收機(jī)所處的位置不同，信號(hào)的衰減也不同。在工業(yè)區(qū)，白天的衰減比晚上大，而在居民區(qū)，晚上六點(diǎn)到十點(diǎn)的衰減是最大的。

電力線上的干擾主要是由電力線上的噪聲引起的，干擾可分為非人為干擾和人為干擾。前者指一些自然現(xiàn)象如雷電在電力線上引起的干擾。后者是由連接在電力線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，且對(duì)數(shù)據(jù)通信影響更嚴(yán)重。電力線上的噪聲不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是可加性高斯白噪聲，可分為周期性連續(xù)干擾、周期性脈沖干擾、時(shí)不變連續(xù)干擾和隨機(jī)性突發(fā)干擾等。通常情況下，前兩類干擾占主導(dǎo)地位。

1.2 電源的干擾及異常情況分析

電力線載波通信的接入和輸出都要通過220V交流電源做為接口來實(shí)現(xiàn)，電源的干擾情況對(duì)通信效果有影響。典型的電源系統(tǒng)包括：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)均可能產(chǎn)生干擾。

混入電源網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要是一種高頻干擾，一般是由于其它大功率用電設(shè)備作用于電網(wǎng)而形成。例如大功率晶閘管主回路、大容量電機(jī)的啟停、自然界雷電形成的高壓電流干擾等，均會(huì)使電網(wǎng)形成電壓波動(dòng)與浪涌電流沖擊，既有高頻干擾也有低頻成分，一般只考慮高頗干擾的成分。

電源變壓器的漏磁通干擾是由泄漏于變壓器之外的漏磁通及分布電容向外界釋放電磁場(chǎng)形成的。

整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流，這種脈動(dòng)直流是一種五十赫茲或一百赫茲及其高次諧波疊加在一起的紋波電壓。若濾波電路不佳或?yàn)V波不足，這種紋波電壓就會(huì)形成紋波干擾。

穩(wěn)壓電路電壓不穩(wěn)定，可能對(duì)所供電電路造成人為干擾。若穩(wěn)壓器工作異常，可能產(chǎn)生自激振蕩干擾。

電源的異常情況有過＼欠壓和停電、浪涌和跌落、尖峰等。引起的原因可能有電力設(shè)備如電動(dòng)機(jī)等的電源、對(duì)電網(wǎng)的過度需求、暴雨雷擊天氣、電線結(jié)冰、汽車交通事故、挖土破壞電線、地震及其它災(zāi)難、大功率設(shè)備啟動(dòng)并持續(xù)運(yùn)行、電網(wǎng)內(nèi)外網(wǎng)接入、空調(diào)一類的高電壓電動(dòng)機(jī)在其斷電時(shí)額外的電壓通過電線消散出去等。

2 電力線載波通信中的抗干擾措施

根據(jù)傳輸信道特性和電源的干擾及異常情況的分析，可采取以下措施來降低干擾對(duì)通信的影響。

發(fā)送機(jī)功率放大器的輸出阻抗和接收機(jī)的輸入阻抗盡可能與電力線的輸入阻抗保持匹配；多數(shù)情況下，電力線上負(fù)載的大小、性質(zhì)按一定規(guī)律在一定范圍內(nèi)變化，信號(hào)衰減的隨機(jī)變化也有一定的規(guī)律可循，可以合理利用這些規(guī)律，提高通信系統(tǒng)的可靠性；干擾具有很大的不可預(yù)測(cè)性，通常會(huì)使所傳數(shù)據(jù)的若干個(gè)位甚至整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程發(fā)生錯(cuò)誤，可通過前向糾錯(cuò)碼、自動(dòng)重發(fā)機(jī)制、數(shù)據(jù)預(yù)取機(jī)制等措施加以克服；采用擴(kuò)頻技術(shù)，克服電力線的強(qiáng)衰減、強(qiáng)干擾的缺陷，提高通信系統(tǒng)的生存能力；采用電源交流側(cè)的低通濾波和過壓保護(hù)、電源變壓器的隔離屏蔽及直流側(cè)的平滑濾波與高頻濾波相結(jié)合的辦法來抑制干擾；對(duì)于電源的異常情況，采用穩(wěn)壓器、快速響應(yīng)的交流電源穩(wěn)壓器、具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)定器和隔離變壓器等。除此，還可以采用在線式、交互式、后備式的不間斷電源系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

電力線載波通信是一種具有成本低、易維護(hù)、方便快捷等特點(diǎn)的通信方式，通過對(duì)其通信信道的分析，掌握其存在的噪聲和干擾的特點(diǎn)，采取有效的抗干擾措施，提高其通信的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]低壓電力線載波信道特性分析[OL].http：//www.autoage.net

[2]高峰，等.低壓電力線載波通信中信號(hào)傳輸特性分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（7）：36-40.

[3]謝飛.低壓電力網(wǎng)載波通信信號(hào)衰退減特性的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1998，1.

[責(zé)任編輯：曹明明]