影響電力線載波通信信道特性的相關因素

張友運

（瑞斯康微電子（深圳）有限公司，廣東 深圳 518057）

影響電力線載波通信信道特性的相關因素

張友運

（瑞斯康微電子（深圳）有限公司，廣東 深圳 518057）

電力線載波通信現(xiàn)如今已被廣泛地運用于電力系統(tǒng)當中，所謂電力線載波通信是指應用電力線作為傳輸媒介，來傳輸語音和數(shù)據(jù)信息，達到通信的目的。隨著低壓載波、擴頻技術等應用于電力線載波通信技術中，載波通信相關的產(chǎn)品和專業(yè)技術得到了極大的豐富和提高。文章介紹了電力線載波通信技術的特點及發(fā)展歷史，分析電力線載波通信信道的特點及影響信道特性的因素，以期為讀者提供一些有價值的參考。

電力線載波通信；信道特性；影響因素

電力線載波通信技術是電力系統(tǒng)中的關鍵技術，以其方便、靈活的布線方式和穩(wěn)定的傳輸特性，為電力的運營和管理提供了極大的便利。常見的運用有遠程抄表系統(tǒng)、遠程路燈系統(tǒng)等，從頻帶來分，可將其劃分為窄帶和寬帶；從傳輸速率來分，可將其劃分為低速和高速；從電壓高低來分，可將其劃分為高壓、中壓、低壓。電力線載波通信技術運用廣泛，但也存在著抗干擾性差等缺點。

1 電力線載波通信技術

電力線載波通信技術是一種作用于電力網(wǎng)的傳輸技術，通過調制解調器將數(shù)據(jù)信息調制到高頻載波上，經(jīng)由信號放大器放大功率后由耦合器與電力線進行耦合，通過現(xiàn)有的電力線網(wǎng)傳輸信息和數(shù)據(jù)。信號傳輸峰值頻帶電壓較低，并不會對已有電力線路造成損傷，產(chǎn)生不好的影響。電力線載波通信技術在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)中的應用主要有遠程抄表、路燈的智能監(jiān)控等（見圖1），極大地為人們提供了便利。

實際應用中的電力線載波通信系統(tǒng)主要包括電力線、載波機和耦合器（見圖2）。電力線作為傳輸媒介是現(xiàn)有電網(wǎng)已經(jīng)架設的電力線路，不再需要重新投入資金進行建設，這也是電力線載波通信系統(tǒng)廣泛運用的重要原因。載波機的作用是將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息調制解調到電力上，便于在電力線網(wǎng)中進行傳輸。耦合器是電力線載波通信系統(tǒng)中的重要單元，載波機調制出的數(shù)據(jù)載波并不能直接在電力線網(wǎng)中進行傳輸，必須通過耦合器與電力線進行耦合后，才能符合在電力線中傳輸?shù)臈l件，達到通過電力線傳送數(shù)據(jù)信息的目的。

圖1 電力線載波通信技術在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)中的應用示意

圖2 電力線載波通信系統(tǒng)

2 電力線載波通信信道特性分析

2.1 阻抗

電力線作為信號傳輸?shù)妮d體，其本身不可避免地存在著阻抗，阻抗值的大小不僅和被傳輸信號的頻率高低有關，還和電力線路上存在的負載有關。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號被搬移到不同頻率的載波上與電力線耦合后進行傳輸，不可避免地要產(chǎn)生阻抗干擾信號的傳輸效果。而且存在于電力線路上的負載對阻抗值的大小也有很大影響，這取決于負載的種類和數(shù)量多少。電力線的型號和電網(wǎng)的拓撲結構等因素也對阻抗的變化起到一些作用。阻抗的變化波動和不匹配會對電力線載波通信系統(tǒng)中的傳輸信號質量造成損害，影響傳輸?shù)恼w質量。

2.2 信道衰減

電力線載波通信信道具有很強的時變性，傳輸數(shù)據(jù)信號會隨著傳輸距離的遠近和載波頻率的高低而變化，隨著調制載波的頻率不斷升高，信道的效應就越加凸顯，信道產(chǎn)生諧振波在特定的頻率下信道傳輸?shù)乃p會劇增，電力線網(wǎng)的拓撲結構和電力線上搭載的負載都會對信道的衰減產(chǎn)生影響。數(shù)據(jù)信號在電力線中的傳輸，不僅是在發(fā)射和接收端，在信號的反射路徑中也存在，電力線信道可以看作是多徑傳輸信道，具有頻率選擇性衰落的信道特性。在一條路徑上如果反射越多，則信號的衰減就越大，同樣傳播路徑越遠，信號衰減也越大，在接收端所接收到的數(shù)據(jù)信號就越弱。信道衰減在電力線載波通信系統(tǒng)中是不可避免的，這是由傳輸信道的物理特性所決定的。

2.3 信道噪聲

噪聲一直是傳輸信道的干擾主要來源，在現(xiàn)實物理環(huán)境中是不可避免的，同樣在電力線載波通信系統(tǒng)中噪聲是影響信道傳輸效果減弱的重要因素。在電力線網(wǎng)中由于電力設備種類繁多，環(huán)境復雜，其產(chǎn)生的噪聲原因和持續(xù)時間各有不同，可將其分為背景噪聲和脈沖噪聲。背景噪聲包括有色背景噪聲，即由低強度的噪聲疊加形成，功率譜密度低并且隨著頻率的增加而減小。還有就是常見的窄帶噪聲，由中短波進入介質而產(chǎn)生，功率譜密度高，頻譜寬度窄，故名為窄帶噪聲，多產(chǎn)生于電力線的駐波等。脈沖噪聲分為同步脈沖噪聲和非同步脈沖噪聲，其中非同步的脈沖噪聲主要由開關的斷開等造成，原因是電網(wǎng)切換暫態(tài)信號產(chǎn)生的持續(xù)時間較短，能量較集中，是電力線載波通信系統(tǒng)中主要的噪聲來源，如日常的雷電活動便會產(chǎn)生此種脈沖噪聲。同步脈沖噪聲主要是電力網(wǎng)中的電力設備工作所產(chǎn)生的，在50 Hz的工作電壓頻率下產(chǎn)生的周期性的脈沖噪聲。

脈沖噪聲尤其是非同步的脈沖噪聲對電力線載波通信信道傳輸特性的影響尤為嚴重，損害了傳輸信號的質量。同時電力網(wǎng)中的大量設備的打開和關閉，電力網(wǎng)中的負載的變化影響阻抗的波動，阻抗不匹配和網(wǎng)絡拓撲機構導致電力線傳輸?shù)亩鄰叫黠@，這些因素都會影響到電力線載波通信信道的傳輸特性。

3 結語

綜上所述，電力線載波通信系統(tǒng)應用廣泛的首要因素就是其所運用的傳輸載體，在電力系統(tǒng)極其發(fā)達的今天，電力網(wǎng)已是世界上現(xiàn)有的最大網(wǎng)絡之一，通過現(xiàn)有的資源進行數(shù)據(jù)的傳輸大大節(jié)省了財力支出。伴隨著調制解調技術的不斷發(fā)展和半導體材料的不斷集成規(guī)模化，電力線載波通信系統(tǒng)必將得到更大的發(fā)展和廣闊的應用空間。

[1]高鋒，董亞波.低壓電力線載波通信中信號傳輸特性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2000（7）：36-40.

[2]張玉山.對低壓電力線載波通信技術的探討[J].赤峰學院學報（自然科學版），2012（4）：54-55.

Related factors affecting the channel characteristics of power line carrier communication

Zhang Youyun
（Risecomm Microelectronics（Shenzhen）Co., Ltd., Shenzhen 518057, China）

The power line carrier communication has been widely used in the power system now. The so-called power line carrier communication refers to the application of power line as the transmission medium to transmit voice and data information, to achieve the purpose of communication. With the low voltage carrier, spread spectrum technology applied to the power line carrier communication technology, carrier communication the product and professional technology has been greatly enriched and improved. This paper introduces the characteristics and development history of power line carrier communication technology, analysis the characteristics of power line carrier communication channel and the in fl uence factors of channel characteristics, so as to provide some valuable reference for the readers.

power line carrier communication; channel characteristics; in fl uence factors

張友運（1959— ），男，廣東深圳，本科；研究方向：電力載波通信芯片及其應用，空調遠程智能控制系統(tǒng)，智慧網(wǎng)關，供暖遠程智能控制系統(tǒng)。