宽带电力线通信对无线通信的影响及其频带的管理
出处：论文网
时间：2007-03-08
本文关键字: 监测 ETSI 电磁干扰 测试 信息化 电力线 电信 无线通信 网络 北电 电力线上网 宽带接入 EMI 数据通信 OFDM 布线 GSM 天线 电信网 局域网
引言
随着Internet技术和市场应用的快速发展，各种宽带接入方式相继出现，利用电力线进行高速数据传输的技术也取得了重大进展。
更高速率的宽带电力线设备，例如45 Mbit/s、85 Mbit/s、200 Mbit/s等速率的产品相继问世，利用宽带电力线上网已经成为独特的接入方式，但是电力线通信系统（PLC系统）引起的电磁兼容问题成为PLC推向市场的最大障碍。
电力线高速数据通信技术是一个正在发展中的崭新学科。电力线一般用来传输220V/50Hz电能,为了提供从数Mbit／s到数十Mbit／s以上的数据传输，就必须采用数MHz以上的频段。但在当前的技术条件下，这会引发严重的EMI(电磁干扰)。例如，NOR．WEB公司的PLC系统运行后，发现路灯变成了发射天线，干扰了包括英国广播公司4台在内的多家广播电台的无线电信号接收。本文将就PLC系统的电磁兼容特性进行分析,并对于其频谱管理提出一些建议。
宽带PLC电磁兼容问题分析
1.1 电磁兼容分析模型
对于一般的电磁兼容问题分析的基本模型如图1所示。
图1 电磁兼容分析模型
对于宽带PLC系统来说，干扰源要整体考虑，不仅包括PLC设备，而且要考虑当信号加到电力线上时，由于电力线是一种非屏蔽的线路，有可能作为发射天线对无线通信和广播产生的不利影响。此外还要考虑多种PLC设备间的相互影响。PLC的耦合途径是非常复杂的，是不同的途径相互作用的结果，总体上分为两种，一种是空间的辐射，对应的被干扰设备是无线通信和广播信号;另一种是沿电力线的传导骚扰，主要造成对电能质量的影响。因此宽带PLC系统的电磁兼容问题涉及多个PLC系统的共存，以及与无线网络的共存。
1.2 宽带PLC系统电磁干扰产生的机理
电力线最主要是用来传输电能的，其特性和结构也是按照输送电能的损失最小并保证安全可靠地传输低频(50Hz)电流来设计的，不具备电信网的对称性(构成回路的两根绝缘芯线对地是对称的)、均匀性(在线路的全部长度上传输导线横截面形状及大小、使用材料、导体间的间隔和导体周围的介质都保持均匀不变)，因而基本上不具备通信网所必须具备的通信线路电气特性。而宽带PLC系统所产生的电磁干扰问题正是由于电力线的这种对地不对称性产生的。
宽带PLC系统产生两种电磁场，传导波和辐射波。它们都是由共模电流引起的。
电磁干扰源的一般模型如图2所示。
图2 电磁干扰的一般模型
根据这个模型，一般认为EMI是由两种电流注入网络引起的，一种是共模电流（Ic），一种是差模电流（Id）。差模电流信号流入的上行方向（设备到网络）产生了一个磁场，而另一个差模电流以同样的强度和领域与第一个在相反的方向上（网络到设备）上产生第二个电磁场。由于两个电磁场对称且方向相反，彼此产生的电磁干扰相互抵消。与差模方式相反，共模电流在同一个方向上，所以产生的电磁场是不对称的，因此总的电磁辐射是两个电磁场的叠加。所以PLC 网络的干扰主要是由共模电流引起的。
PLC对无线通信的影响
理论证明，在原有的几百kHz频带内是无法实现Mbit／s级的高数据传输速率的，因此高速PLC技术所采用频带远远超过了低速PLC所规定的频带范围。
目前高速PLC技术所采用的频带也没有统一标准。国际上的实际应用一般集中在1 MHz～30 MHz。从高速PLC技术的应用模式来看，国际上主要分为两种不同的应用，欧洲的PLC技术主要应用于Internet接入，欧洲电信标准委员会ETSI(the European Tele—communications Standards Institute)在其技术规范“TS101 867”中将1.6 MHz～9.4 MHz规定为接入应用频带，将11 MHz～30 MHz规定为室内应用频带。另一种应用方式主要集中在北美，北美的高速PLC技术主要应用在室内联网。
与低速PLC所占的专用频带不同，高速PLC所采用的l MHz～30 MHz频带已被分配给其他无线电应用了，如固定业务、移动业务(水上移动、陆地移动、航空移动)、无线电定位、无线电导航、标准频率和时间信号、短波无线电广播、业余无线电业务、卫星业余业务、射电天文和气象辅助等业务。
引言
随着Internet技术和市场应用的快速发展，各种宽带接入方式相继出现，利用电力线进行高速数据传输的技术也取得了重大进展。
更高速率的宽带电力线设备，例如45 Mbit/s、85 Mbit/s、200 Mbit/s等速率的产品相继问世，利用宽带电力线上网已经成为独特的接入方式，但是电力线通信系统（PLC系统）引起的电磁兼容问题成为PLC推向市场的最大障碍。
电力线高速数据通信技术是一个正在发展中的崭新学科。电力线一般用来传输220V/50Hz电能,为了提供从数Mbit／s到数十Mbit／s以上的数据传输，就必须采用数MHz以上的频段。但在当前的技术条件下，这会引发严重的EMI(电磁干扰)。例如，NOR．WEB公司的PLC系统运行后，发现路灯变成了发射天线，干扰了包括英国广播公司4台在内的多家广播电台的无线电信号接收。本文将就PLC系统的电磁兼容特性进行分析,并对于其频谱管理提出一些建议。
宽带PLC电磁兼容问题分析
1.1 电磁兼容分析模型
对于一般的电磁兼容问题分析的基本模型如图1所示。
图1 电磁兼容分析模型
对于宽带PLC系统来说，干扰源要整体考虑，不仅包括PLC设备，而且要考虑当信号加到电力线上时，由于电力线是一种非屏蔽的线路，有可能作为发射天线对无线通信和广播产生的不利影响。此外还要考虑多种PLC设备间的相互影响。PLC的耦合途径是非常复杂的，是不同的途径相互作用的结果，总体上分为两种，一种是空间的辐射，对应的被干扰设备是无线通信和广播信号;另一种是沿电力线的传导骚扰，主要造成对电能质量的影响。因此宽带PLC系统的电磁兼容问题涉及多个PLC系统的共存，以及与无线网络的共存。
1.2 宽带PLC系统电磁干扰产生的机理
电力线最主要是用来传输电能的，其特性和结构也是按照输送电能的损失最小并保证安全可靠地传输低频(50Hz)电流来设计的，不具备电信网的对称性(构成回路的两根绝缘芯线对地是对称的)、均匀性(在线路的全部长度上传输导线横截面形状及大小、使用材料、导体间的间隔和导体周围的介质都保持均匀不变)，因而基本上不具备通信网所必须具备的通信线路电气特性。而宽带PLC系统所产生的电磁干扰问题正是由于电力线的这种对地不对称性产生的。
宽带PLC系统产生两种电磁场，传导波和辐射波。它们都是由共模电流引起的。
电磁干扰源的一般模型如图2所示。
图2 电磁干扰的一般模型
根据这个模型，一般认为EMI是由两种电流注入网络引起的，一种是共模电流（Ic），一种是差模电流（Id）。差模电流信号流入的上行方向（设备到网络）产生了一个磁场，而另一个差模电流以同样的强度和领域与第一个在相反的方向上（网络到设备）上产生第二个电磁场。由于两个电磁场对称且方向相反，彼此产生的电磁干扰相互抵消。与差模方式相反，共模电流在同一个方向上，所以产生的电磁场是不对称的，因此总的电磁辐射是两个电磁场的叠加。所以PLC 网络的干扰主要是由共模电流引起的。
PLC对无线通信的影响
理论证明，在原有的几百kHz频带内是无法实现Mbit／s级的高数据传输速率的，因此高速PLC技术所采用频带远远超过了低速PLC所规定的频带范围。
目前高速PLC技术所采用的频带也没有统一标准。国际上的实际应用一般集中在1 MHz～30 MHz。从高速PLC技术的应用模式来看，国际上主要分为两种不同的应用，欧洲的PLC技术主要应用于Internet接入，欧洲电信标准委员会ETSI(the European Tele—communications Standards Institute)在其技术规范“TS101 867”中将1.6 MHz～9.4 MHz规定为接入应用频带，将11 MHz～30 MHz规定为室内应用频带。另一种应用方式主要集中在北美，北美的高速PLC技术主要应用在室内联网。
与低速PLC所占的专用频带不同，高速PLC所采用的l MHz～30 MHz频带已被分配给其他无线电应用了，如固定业务、移动业务(水上移动、陆地移动、航空移动)、无线电定位、无线电导航、标准频率和时间信号、短波无线电广播、业余无线电业务、卫星业余业务、射电天文和气象辅助等业务。
- 上一篇：高速电力线通信电磁兼容技术标准的研究动态
- 下一篇：电力线数传通信设备的设计
