PLC电磁辐射及应用性能测试

    1　引　言

    电力线通信(PLC)高速数据通信是当前宽带接入的热点之一。PLC用于宽带接入具有独特的优势,我国拥有遍布城乡、总长度超过310000 km的电力线资源。PLC利用220 V低压电力线作为传输载体,一线两用,在任何有电源插座的地方,通过电力调制解调器连接到电力网上,不用拨号即可享受高速网络接入。PLC可实现数据、话音、视频、电力“四网合一”,将家用电器与网络联为一体,在室内各设备之间构筑起可自由交换信息的局域网,从而可以通过网络来控制室内的电器设备。

    2　PLC接入网络原理

    PLC传输技术是为提供端到端接入而设计的,它包括局端设备和用户调制解调器,局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接,其接入网络模型如图1所示。在通信时,来自用户的数据通过室内电源线进入调制解调器调制后,经用户的配电线路传输到局端设备,局端将信号解调出来,再转到外部Internet。PLC利用1~30 MHz频带范围传输信号,目前可达到的传输速率依具体设备不同在4·5~45 Mbit之间[1]。

   PLC技术涵盖了以太网技术、电力技术及一些特殊的通信编码调制技术,PLC在OSI的第二层以上符合标准的802·3以太网规范,以太网是以点对点方式传输802·3格式帧的网络,以太网数据帧均遵循IEEE 802·3标准。PLC是以太网的一个分支,区别在于在物理层中介质更换为电力线,并且在第二层采用了基于CSMA/CA的广播共享方式。

    PLC属于共享带宽技术,用户的数据传输速度,取决于当时上网用户数量。理论上,电力线通信速度根据不同的频率可达每秒3~10 Gbps,与光纤大致相同。在典型的城市配置中,一个变压器一般与大约100~200个用户相连,因而在同一条电力线上,不会因为用户太多而降低效率。

    3　PLC信道特性

    电力线是一种完全不同于其他通信方式的恶劣通信介质,PLC网络接入性能是关系到PLC推广应用的重要技术问题。欲在干扰严重的低压电力线上实现可靠的数据通信,必须充分了解低压电力线信道特性,合理选择调制解调方式和通信协议。低压电力线载波信道的传输特性具有时变性、大衰减性及存在各种复杂的干扰噪声。

    时变性。我国居民用电采用的是220 V交流两线供电,低压电网上每一家庭的用电情况及负载总量是不可预知的,负载的不断接入与切出、马达的停止与启动、电器的开与关等都是随机的,因此,电力线信道特性表现出很强的时变性。低压电力线在1秒内对500 kHz频率信号的衰减变化可达20 dB,信噪比的变化可达到10 dB左右,因此不能利用简单的电压检测方法来确定线路信号[2]。

    干扰噪声。沿电力线传送数据时,会出现包括家用电器产生的电磁波对电力线高速信息传输产生干扰等各种不可预知的问题。就低压电力线的干扰噪声特性而言,无论是城市、工业区、乡村或其他地区,均可用带加性干扰噪声的时变线性滤波电路作为其基本参考模型[3]。干扰噪声源主要包括可控硅(SCR)器件和一些电路产生的50 Hz倍频谐波;负载和电网不同步而产生的具有平滑功率谱的干扰;开关电子设备产生的单脉冲噪声;电视机的行扫描频率产生的非同步周期的噪声。干扰噪声可以分为背景噪声和脉冲噪声,其频率在10 kHz~100 MHz的频率内,功率谱密度以29 dB/decade幅度衰减。背景噪声和脉冲噪声都可能引起通信系统产生突发性干扰而引起瞬间误码率升高。对于室外电力线的噪声主要包括四种[4]:具有平滑功率谱的背景噪声、由开关操作引起的单脉冲噪声、与电网频率同步的噪声(功率谱密度大约为70 dBW/kHz)以及由一些电器辐射引起的窄带干扰噪声(功率密度一般为60~90 dBW/kHz)。