電力線(xiàn)通信技術(shù)的電磁兼容問(wèn)題和測量方法

1 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介

電力線(xiàn)通信技術(shù)即PLC技術(shù)，是英文Power LineCommunication的簡(jiǎn)稱(chēng)，現在代表著(zhù)一種新興的技術(shù)——“電力線(xiàn)上網(wǎng)”，它是利用電力線(xiàn)載波通信技術(shù)和電力線(xiàn)的入戶(hù)功能來(lái)實(shí)現多媒體數據的網(wǎng)絡(luò )化傳輸。這種方式從傳輸媒質(zhì)上來(lái)講，與電話(huà)線(xiàn)上網(wǎng)并沒(méi)有區別，都是利用金屬導線(xiàn)作為傳輸媒質(zhì)，不同的只是兩者所采用的傳輸頻率不同(PLC一般為1.7～30 MHz)。理論上電力線(xiàn)作為通信線(xiàn)路的通信速度，根據不同的頻率可達每秒3兆比特或10兆比特，與光纖大致相同。用戶(hù)只需要添加一個(gè)特制的調制解調器就可以與網(wǎng)絡(luò )連接。

PLC技術(shù)做為長(cháng)距離調度的通信手段，早已有之。它以電力線(xiàn)路為傳輸通道，具有通道可靠性高、投資少見(jiàn)效快、與電網(wǎng)建設同步等得天獨厚的優(yōu)點(diǎn)。

2 PLC技術(shù)的輻射干擾問(wèn)題

電力線(xiàn)相當于天線(xiàn)，它一方面將產(chǎn)生的電磁波向外輻射，另一方面吸收來(lái)自外界的電磁波。PLC使用2～30 MHz的頻帶傳輸數據時(shí)，可能會(huì )對該頻段的短波無(wú)線(xiàn)電廣播、業(yè)余愛(ài)好者無(wú)線(xiàn)電臺以及其它電信設備的正常工作產(chǎn)生影響。在電力線(xiàn)調制解調器工作時(shí)，電力線(xiàn)通信設備和電力線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生泄漏電波，這些泄漏電波將變成無(wú)線(xiàn)通信中的噪音，有可能會(huì )對無(wú)線(xiàn)通信造成干擾，但是電力線(xiàn)輻射電磁波的能力遠遠沒(méi)有電力線(xiàn)通信設備輻射電磁波的能力大，且無(wú)線(xiàn)通訊應用的頻帶比較窄，所以影響的程度不大。泄漏的電磁波對于有線(xiàn)通信來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)調制接收到的是類(lèi)似于白噪聲的干擾，會(huì )使設備間通信的誤碼率提高，信噪比升高，影響通信質(zhì)量。在10 m的距離上、用9 kHz的帶寬測量其電磁輻射，頻率在10 MHz以下時(shí)達到66 dBμV/m，在100～200 m范圍內，它會(huì )干擾無(wú)線(xiàn)電通信和電子設備。但是，當頻率到達10 MHz以上時(shí)，電磁波隨距離增加衰減加劇，通過(guò)電力線(xiàn)傳輸寬帶信號造成的輻射影響迅速下降。電力線(xiàn)通信設備此時(shí)會(huì )對其周?chē)娮釉O備的工作造成嚴重影響。

為了避免這種干擾，各國制定了相應的一些標準和規范。英國的MPT 1570、德國的NB30是專(zhuān)門(mén)針對高速PLC通信制定的法規，加上美國的通用電磁兼容標準FCC Part 15，實(shí)際上高速PLC現有三個(gè)電磁兼容標準。三個(gè)標準中，FCC Part 15最為寬松，NB 30次之，MPT 1570最嚴格。這些標準或規范規定的限值要求見(jiàn)圖1。

主管信息通信產(chǎn)業(yè)的日本總務(wù)省，已開(kāi)發(fā)利用電力線(xiàn)作為通信網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路的技術(shù)，以促進(jìn)社會(huì )信息化的發(fā)展總務(wù)省據此制定一項法令，從2002年起準許使用電力線(xiàn)作通信網(wǎng)絡(luò )的線(xiàn)路，同時(shí)還準備在年內開(kāi)發(fā)可供家用電腦等使用的萬(wàn)能插口等裝置。日本60家有關(guān)企業(yè)設立了聯(lián)合機構“電力線(xiàn)載波通信設備開(kāi)發(fā)部”，研究用輸電線(xiàn)做通信線(xiàn)路的技術(shù)。將來(lái)只要把電腦的電源插頭插入插座，即可接入互聯(lián)網(wǎng)。目前，在日本互聯(lián)網(wǎng)主要是通過(guò)電信線(xiàn)路連接電腦。新設立的聯(lián)合研究機構將研究使電力線(xiàn)發(fā)揮通信線(xiàn)路作用的技術(shù)。

德國聯(lián)邦議院議會(huì )上院新近通過(guò)一項議案，批準使用能使互聯(lián)網(wǎng)信息通過(guò)電力線(xiàn)和墻上電源插座傳輸的技術(shù)。聯(lián)邦議會(huì )投票通過(guò)的這項議案為今后在廣播波段范圍內通過(guò)電力線(xiàn)上網(wǎng)鋪平了道路。議案還同意，在2010年電視信號、2015年標準無(wú)線(xiàn)電的傳輸分別完全實(shí)現數字化的時(shí)候，它們的波段也將接入互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

德國聯(lián)邦參議院和聯(lián)邦通信與郵政管理局頒布了“電網(wǎng)在線(xiàn)”條例，在為PLC提供法律保障的同時(shí)也對輻射問(wèn)題規定了具體指標。
據了解，德國多特蒙德大學(xué)的研究表明，在64臺計算機同時(shí)使用五類(lèi)雙絞線(xiàn)上網(wǎng)時(shí)，產(chǎn)生的電磁輻射都已經(jīng)超過(guò)了NB 30標準的限值，見(jiàn)圖2所示。由此可見(jiàn)，該標準限值的設定不是十分科學(xué)。

通過(guò)和美國的FCC part 15比較，德國規定的缺點(diǎn)是明顯的。例如，在2 MHz左右，美國限值比德國的建議限值高30 dB，這就意味著(zhù)傳送功率高1 000倍或者可能的數據傳輸速率大約高10倍。與美國相比，目前德國的限值已經(jīng)成為PLC系統發(fā)展的嚴重障礙。一些國際組織如PLC論壇正在致力于推翻該標準。

英國的情況更糟，因為其建議的限值更低，一般比德國的NB 30低20 dB左右，這大體上相當于將可能的傳輸速率降低到60%左右。在這種環(huán)境下，不能指望電力公司對PLC技術(shù)進(jìn)行投資。此外，從技術(shù)方面考慮，這樣低的限值也有很大的問(wèn)題，通常有線(xiàn)電視、計算機網(wǎng)絡(luò )、甚至電話(huà)線(xiàn)的電磁輻射都會(huì )超過(guò)這些限值。

3 PLC的傳導騷擾測量方法在CISPR 22中，電源端口和電信端口都要求測量。

但是PLC調制解調器僅僅采用了一個(gè)端口就完成了供電和通信的功能。因此，我們可以把這種端口定義為多用途端口。測量方法基于以下考慮：

（1）用戶(hù)使用的供電電源是非平衡的騷擾源，因此采用V型網(wǎng)絡(luò )（A M N）來(lái)衡量干擾程度是合理的。

（2）對于電信設備而言，引起輻射的共模對稱(chēng)信號遠遠小于差模信號。采用T-ISN來(lái)測量差模信號，并根據適當的網(wǎng)絡(luò )性能的非平衡（LCL）典型值來(lái)增加差模到共模的轉換。

3.1限值應用

限值同時(shí)采用電源端口和電信端口的限值。多用途端口應當測量2次，如下所述：通信功能不激活，采用AMN測量，并符合電源端口的限值要求；通信功能激活，采用T-ISN測量，并符合電信端口的限值要求。

測量應當同時(shí)滿(mǎn)足平均值和準峰值的要求。通信功能測量時(shí)，應當滿(mǎn)足電壓限值或電流限值的要求。如果測量讀數靠近限值，那么在每個(gè)頻率點(diǎn)的測量時(shí)間不少于15 s。

3.2測量方法

應當忽略AE（輔助設備）對EUT電源端口騷擾電平的貢獻。因此，電力線(xiàn)終端適配器或PLC網(wǎng)絡(luò )模擬傳輸應當調整到使EUT電力線(xiàn)傳輸功能正常所需要的最小電平。應當按正常使用方式，將EUT搭接到金屬參考接地平板或是絕緣。

EUT的不用于P L C的電源端口不按上述要求進(jìn)行測量，但是應當滿(mǎn)足相關(guān)電源端口的限值要求?？偟恼f(shuō)來(lái)，T-ISN應當在電源電壓上端接。出于對操作人員安全的考慮，應當有良好的絕緣或其它可接受的方法。

3.3應用T-ISN測量步驟

T-ISN的電路如圖3所示。
測量布置見(jiàn)圖4所示，將T-ISN直接與參考接地平板相連。
如果采用電壓測量，就直接在T-ISN的端口測量，但是讀數需要根據T-ISN的分壓系數進(jìn)行修正。
如果采用電流測量，就使用電流探頭直接測量，并與電流限值直接比較。

為了確保電源供電端口在任何測量頻率上的無(wú)用信號不會(huì )影響測量，可能需要在T-ISN和AE之間插入一個(gè)低通濾波器。該濾波器在150 kHz～30 MHz頻率范圍內對差模和共模電壓的衰減推薦值至少為40 dB。當濾波器插入時(shí)，應當滿(mǎn)足以下所規定的阻抗要求。濾波器的所有元件應當封裝在金屬屏蔽殼內，而且該屏蔽外殼應當直接與參考接地平板相連。

在1.6～30 MHz頻率范圍內的RF低通濾波器與T-ISN或與AE的差模阻抗，應當至少比EUT發(fā)射模式或AE接收模式下的差模阻抗大20倍。

T-ISN應當具有以下特性：

（1）在150 kHz～30 MHz頻率范圍內的共模端接阻抗應當為150?±20?，相位為0～20。

（2）T-ISN應當對AE的騷擾提供足夠的隔離。T-ISN對來(lái)自AE的共模電壓或電流的騷擾衰減應當低于測量騷擾限值10 dB以下。
所要求的隔離度至少為：
在150 kHz～1.5 MHz頻率范圍內大于35～55 dB，隨頻率對數線(xiàn)性增加。
在1.5～30 MHz頻率范圍內大于55 dB。注：隔離是指T-ISN對來(lái)自AE共模騷擾的衰減。

（3）在該頻率范圍內，T-ISN的LCL為36 dB±3 dB。注：1）上述頻率的LCL值是安裝在典型環(huán)境的典型電源網(wǎng)絡(luò )的相線(xiàn)和中線(xiàn)之間的近似典型值。這個(gè)規定還在繼續研究中，可能在以后會(huì )修訂。2）LCL的定義是基于ITU-T建議G.117:1996。

（4）由于T-ISN的插入，可能會(huì )造成在有用信號頻段內的信號衰減失真或信號質(zhì)量的其它劣化。但是這些情況不應當影響EUT的正常運行。