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[图]信号在电力线上传输应用中特性的研究
 
慧聪网   2006年1月19日16时18分   信息来源:现代电子技术    

    作者:李根旺,赵富海

  摘 要:随着电子技术和网络技术的发展,运用电力线作为载体进行信号传输受到人们越来越多的重视,得到了越来越广泛的应用。 在电力载波技术的应用中,信号干扰和衰减是影响信号传输的重要原因。首先介绍了应用电力线传输信号的意义、原理和干扰信号的来源,分析了用电力线传输信号的一些特点,给出了测量信号衰减的方法,并对实验结果进行了分析,然后提出了抗干扰和抗衰减的方案设计,并对信号干扰和衰减的特性进行了分析和总结,对用电力载波方式进行传输信号的应用具有很好的参考和实用价值。
  
  关键词:电力线;载波;信号干扰;信号衰减;放大电路

  1 引言
  
  电力载波技术,是指利用电力线传输数据和话音、图像信号的一种通信技术方式,他是将低压控制信号加载到电力线上传送到电力网的各个位置,合理地利用了电力线的网络资源。以前该技术只作为长距离调度的通信手段,随着信息技术的飞速发展,利用220 V低压电力线传输高速数据的价值越来越为人们所重视,因为他具有不用布线、覆盖范围广、连接方便、功能灵活、安装便捷、扩展容易的显著特点,被认为是提供“最后一公里”解决方案最具竞争力的技术之一[1]。

  当前,随着我国电子技术和网络技术的发展,很多电力线载波专用芯片的传输速率也越来越高,以电力线作为载体通过电力载波技术进行通信的例子越来越多,如载波电话、家庭智能控制、小区物业管理、安防报警等等。在我国很多地方已经可以通过电力线上Internet网并取得了良好的效果,预计在未来数年,随着技术的发展,使用者可以通过电力连线,轻松地将计算机、各种电子装置、安全系统和家电串连成家庭网络。

  低压电力线载波通信的基本原理框图如图1所示。

图1 低压电力线载波通信的基本原理框图

图1 低压电力线载波通信的基本原理框图

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  然而一些基于电力载波技术开发的产品并不能大面积地推广,主要原因是其抗干扰性能差和电网噪声比较大。这是由于我国的电网波动较大,同时接入的干扰噪声较多并且没有进行较好的抑制。电力线上的高削减、高噪声、高变形使得电力线成为一个不理想的通信媒介。

  2 干扰来源分析和电力线通信特点

  电力线是给用电设备传送电能的,而不是用来传送数据的,所以电力线对数据传输有许多限制。首先配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域内传送。同时三相电力线间有很大信号损失(10~30 dB)。通讯距离很近时,不同相间可能会收到信号。但是一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。

  低压电力线一般由铜或其他电的良导体加工而成,其本身的阻抗很小。因此,电力线本身的阻抗并不是产生干扰的主要原因。从技术角度而言,利用电力线作为传输媒介,主要存在着以下几个干扰因素。

  电力线存在本身固有的脉冲干扰,脉冲噪声是电力线上最大的噪声源目前使用的交流电有50 Hz和60 Hz,则周期为20 ms和16.7 ms。在每一交流周期中,出现两次峰值,两次峰值会带来两次脉冲干扰,即电力线上固有的100 Hz或120 Hz脉冲干扰,噪声具有突变、高能和覆盖频率范围广的特点,对载波信号影响很大,不仅会造成信号误码率升高,而且可能使接收设备内部产生自干扰,严重影响整个系统的工作。

  信号衰减和阻抗变化电力线对载波信号造成高削减,低压电力网载波信号的衰减通常很大,可达60 dB以上,而且衰减值要受到电力网上负载变化的影响,随着信号频率而变化。如冰箱的启动使得电力线阻抗可从0.1 Ω变到100 Ω,信号衰减从55 dB到100 dB。

  持续谐波干扰电力线上接有各种各样的用电设备,阻性的、感性的、容性的,有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭,就会给电力线上带来各种噪声干扰。如开关电源产生的主谐波频率在50 kHz以上,处于载波信号的频率范围。特别随着家用微机的普及,大量的劣质开关电源使得电网受到严重污染。

  电力线引起数据信号变形电力线是一个分布参数的网络,不同地点对数据信号影响不一样,同时电力线时刻都在动态变化,不同时间对数据信号影响也不一样,这就使发出的数据信号经过电力线后,接收到的信号是严重变形、参差不齐的信号。

  综上所述,电力线并不是一个理想的通信媒介,但由于现代化通讯技术的发展,使电力线载波通讯成为现实,其中数据信号的信噪比决定了传输距离的远近。电力线载波通讯的关键就是采用功能强大的电力线载波专用Modem芯片并对干扰信号采取抗干扰和滤波措施。

 
 
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