高速電力線(xiàn)通信電磁兼容標準的研究

　1前言

　　近年來(lái)，電力線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展非常迅速，現在已經(jīng)進(jìn)入初步應用階段。PLC系統充分利用電力系統的廣泛線(xiàn)路資源，通過(guò)OFDM等技術(shù)可以在同一電力線(xiàn)不同帶寬的信道上傳輸數據。但是由于電網(wǎng)中傳輸的是強電，而且電網(wǎng)的穩定性比傳統的通信網(wǎng)差得多，使得電力線(xiàn)通信線(xiàn)路的電磁環(huán)境極為復雜。這就給電力線(xiàn)通信系統提出了更高的電磁兼容要求，電磁兼容技術(shù)也成了實(shí)現電力線(xiàn)通信所需的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　2各國際標準化組織對PLC的研究情況在世界范圍內，IEC的CISPR/I分會(huì )以及ITU-T等國際組織對PLC的電磁兼容相關(guān)標準做了大量研究并討論了相應技術(shù)要求。歐洲從2000年起開(kāi)始研究PLC系統的技術(shù)框架和技術(shù)標準，目前已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。主要相關(guān)的國際組織有CENELEC和ETSI，前者側重電磁兼容問(wèn)題，后者側重通信技術(shù)方面的統一標準。

　　2.1IEC/CISPRI分會(huì )PLC設備屬于信息技術(shù)設備，應符合IEC/CISPR22《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電干擾限值和測量方法》的要求。但是由于PLC設備非凡的工作模式，其傳導干擾無(wú)法滿(mǎn)足現行標準的要求。在2002年的IEC會(huì )議上曾有代表建議對CISPR22進(jìn)行針對PLC的修改，增加一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對PLC設備的“多用途端口”，其定義為：連接到低壓分布式網(wǎng)絡(luò )，支持數據的傳輸和通信，結合了電信端口和電源端口功能的端口。對于PLC設備，該文件建議要求它的傳導干擾既滿(mǎn)足現有標準電源端口的限值，也滿(mǎn)足電信端口的限值。這樣多用途端口的干擾測試就要進(jìn)行兩次：作為電源端口，用通常的V型網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行測試，要求滿(mǎn)足CISPR22中表1和表2的限值。作為電信端口，用新型的T型網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行測試，要求滿(mǎn)足CISPR22中表3和表4的限值。這種測試方法基于以下原理：消費類(lèi)產(chǎn)品的電源是非對稱(chēng)干擾源，它所產(chǎn)生的干擾用V型網(wǎng)絡(luò )來(lái)進(jìn)行測試是非常合適的。

　　與之相反，采用共模信號進(jìn)行通信的電信端口，它所產(chǎn)生的干擾要比差模信號所產(chǎn)生的干擾小得多。T型網(wǎng)絡(luò )很適合用于共模干擾的測量，因為適當的網(wǎng)絡(luò )參數可以提供從差模信號到共模信號轉換所需要的縱向轉換損耗。針對以上的理論，該文件建議對CISPR22 進(jìn)行較大的修改，增加大量有關(guān)多用途端口的內容，以及相關(guān)的測試設備要求、試驗布置要求和測試方法等。但是，這項建議沒(méi)能獲得最終的通過(guò)。參加會(huì )議的各個(gè)會(huì )員對這項建議的意見(jiàn)分歧很大，主要有：一部分CISPR會(huì )員認為PLC的相關(guān)內容應該轉由CISPR/A分會(huì )負責，一部分會(huì )員對此表示反對，認為PLC 的研究還是應該留在I分會(huì )中。有些會(huì )員對CISPR/I/44/CD提出的測試方法能否徹底避免PLC設備對其他設備造成的不良影響表示懷疑。有些會(huì )員認為這一測試方法違反了CISPR22中“被測設備應該工作在最大發(fā)射狀態(tài)下”的原則。有些會(huì )員認為世界各地的電網(wǎng)狀況不盡相同，確定一個(gè)合適的LCL值是很困難的。隨后，在2005年的CISPR會(huì )議上，CISPR/I成立了一個(gè)非凡工作組來(lái)負責PLC相關(guān)標準的研究工作。該工作組將負責繼續研究對 CISPR22的相關(guān)修改，包括定義、限值、測試條件和測試方法等內容。

　　非凡組共預備發(fā)表7份相關(guān)技術(shù)文件。2006年3月該組織發(fā)表了第一份文件，介紹安裝PLT設備的電網(wǎng)結構。主要闡述如下內容：

　　1、電網(wǎng)拓撲結構，尤其是低壓電網(wǎng)拓撲結構。當PLT系統工作時(shí)，接入終端的傳輸信道就是低壓電力線(xiàn)。對于既有電力線(xiàn)不可能為了PLT系統進(jìn)行大規模改造，因此必須充分了解低壓電力線(xiàn)拓撲結構，非凡是農村、市區，居住環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、辦公環(huán)境的拓撲結構。才能進(jìn)行PLT網(wǎng)絡(luò )規劃設計。

　　2、PLT接入關(guān)鍵設備EMC特性：電網(wǎng)接入設備是PLT系統正常運行的關(guān)鍵之一。由于傳統高壓、中壓、低壓電網(wǎng)都是針對工頻電力信號設計，所有設備的高頻特性研究是十分艱巨的。非凡是低壓電網(wǎng)設備產(chǎn)生的各種高頻騷擾有可能直接通過(guò)電網(wǎng)與PLT通信信號相互疊加，影響PLC網(wǎng)絡(luò )運行。其他技術(shù)文件會(huì )陸續發(fā)表。

　　2.2ITU-T在ITU-T目前發(fā)布的EMC建議中，電力線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )和設備應符合K.60《電信網(wǎng)絡(luò )電磁干擾限值和測量方法》的要求。K.60規定了從9kHz到3GHz頻段通信網(wǎng)絡(luò )的電磁輻射干擾限值，給出了9kHz到400GHz頻段的測量方法，還提供了在通信網(wǎng)絡(luò )中定位和尋找無(wú)線(xiàn)電干擾源的程序和一些解決干擾的措施。目前ITU-T第五研究組正在加緊研究關(guān)于針對PLC修訂K.60的問(wèn)題。歐洲EuropeanBroadcastingUnion等機構的代表遞交文稿建議加嚴K.60的限值，從而防止PLC對其他廣播和通信業(yè)務(wù)造成干擾，也有代表對此表示反對。各國代表目前正在積極地研究和搜集素材，以便為合理地管制PLC的電磁干擾提供依據。K.60并沒(méi)有規定電源端口傳導干擾方面的限值，因此對于PLC網(wǎng)絡(luò )和設備，符合K.60要求并不困難，只要在設計制造時(shí)適當采取控制電磁輻射干擾的措施即可。

　　2.3CENELECCENELEC的TC205/SC205A/WG10和TC210 /SC210A負責PLC電磁兼容標準研究工作。其中，SC205A研究物理和MAC層。該工作組的研究發(fā)現，當考慮接入網(wǎng)絡(luò )和室內網(wǎng)絡(luò )共存的情況時(shí)，OSI的傳統分層結構將不能滿(mǎn)足需求。非凡值得關(guān)注的是，CENELEC和ETSI兩個(gè)標準化組織5個(gè)專(zhuān)業(yè)機構聯(lián)合組成了電信網(wǎng)絡(luò )EMC標準聯(lián)合工作組。2.4ETSIETSI專(zhuān)門(mén)成立了PLC研究工作組EPPLC，從2000年開(kāi)始陸續公開(kāi)了兩個(gè)PLC技術(shù)規范和9個(gè)技術(shù)報告。EPPLC主要致力于制定PLC產(chǎn)品和系統的技術(shù)規范，已列入ETSI工作計劃且與電磁兼容相關(guān)的共有如下幾項：TR102258LCL回顧與統計分析;TR102259EMI回顧與統計分析;TR102270基本低壓分布網(wǎng)絡(luò )測量數據;TR102324電力線(xiàn)通信系統輻射發(fā)射特性與測量方法技術(shù)水平;TR1023703MHz～100MHzLVDN基礎測量數據。

　　3各國對PLC標準的研究

　　目前定義了1～30MHz范圍內電信網(wǎng)絡(luò )輻射干擾限值的技術(shù)標準共有4個(gè)：德國的NB30、英國的 MPTl570、美國的FCCPart15以及國際電信聯(lián)盟于2003年7月推出的ITU-TK.60。其中，由各個(gè)國家制定的相關(guān)標準如下。

　　3.1美國FCC

　　高速PLC系統符合FCCpart15定義的載波電流系統。PLC系統通過(guò)電力線(xiàn)以傳導的方式傳輸信號，可認為是無(wú)意發(fā)射源，因此47CFR§15.205的要求對PLC不適用。

　　通常來(lái)講滿(mǎn)足輻射限值的系統可以保護正常工作的系統不受干擾。但是FCC不僅僅強調輻射限值的制定，考慮到不同的測量方法和測量過(guò)程存在測量不確定度，FCC認為一致性檢驗過(guò)程的制定也同樣重要。FCCpart15規定的PLC輻射限值見(jiàn)表1。

　　表1FCCpart15規定的PLC輻射限值

　　用途頻率(MHz)場(chǎng)強

　　(dBµV/m)

　　測量距離

　　(m)

　　測量帶寬(kHz)檢波器載波電流系統1.705-30.029.5309Quasi- peakClassA30-8839.110120Quasi-peakClassB30-88403120Quasi-peak

　　3.2德國RegTP

　　德國 RegTP(TheRegulatingAdministrationforTelecommunicationsandPostsofGermany) 于1999年1月制定了NB30標準。規定了9kHz～3GHz通信系統輻射干擾限值，包括有線(xiàn)電視、xDSL、PLC等系統。NB30標準的輻射限值見(jiàn)表2。

　　表2德國NB30標準規定的輻射限值

　　頻率范圍(MHz)場(chǎng)強(dBµV/m)測量距離(m)測量帶寬檢波器>1～3040–8.8lg10f(MHz)39kHzPeak>30～1000273待定Peak

　　3.3英國

　　英國于2003年1月針對PLC系統制定了MPT1570規范，規定了9kHz～1.6MHz磁場(chǎng)輻射限值，見(jiàn)表3。該標準規定使用滿(mǎn)足IECCISPR16-1的環(huán)天線(xiàn)和接收機進(jìn)行測量。主要目的是保護廣泛使用的廣播接收機。

　　表3英國MPT1570規范規定的輻射限值

　　頻率范圍場(chǎng)強(dBµA/m)測量距離(m)測量帶寬檢波器 9～150kHz49-20lgf(kHz)3200HzPeak150kHz～1.6MHz-1.5-20lgf(MHz)19kHzPeak

　　3.4.其他國家技術(shù)要求

　　澳大利亞ACA不對525kHz以上頻段進(jìn)行要求奧地利政府部門(mén)已經(jīng)停止PLC試驗計劃，結論表明 PLC在2～30MHz時(shí)引起的干擾不能減小到可接受的程度芬蘭FICORA年報根據測量結果，決定只有在PLC技術(shù)解決干擾和安全問(wèn)題后才能商用。在歐洲標準出臺前，采用NB30限值日本MPHPT決定不給PLC系統增配許可頻率。建議繼續進(jìn)行研究如何減小干擾問(wèn)題

　　由于FCC對PLC輻射限值制定較松，從而使PLC系統在美國得到迅速發(fā)展;歐盟一些國家持謹慎發(fā)展態(tài)度，歐洲各國正在等待歐盟標準的最終制定;BBC等傳統廣播通信系統出于自我保護的考慮，對PLC系統提出較苛刻的限制要求。

　　4結論

　　PLC技術(shù)的標準化工作至今仍在緩步進(jìn)行，對傳導干擾進(jìn)行定義及限值制定等問(wèn)題至今很難達成一致熟悉，但是作為一種資源廣泛的通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，電力線(xiàn)通信的市場(chǎng)需求仍然存在，只有各方共同努力，才能使PLC系統更好地服務(wù)于廣大用戶(hù)。