电力线主要是用来传输电能的,并不是理想的通信信道。由于电力线通信信道具有明显的时变性和随机性,目前对其研究大都停留在实测的水平上,没有精确的理论分析和数学模型。分析电力线信道特性,需要考虑3方面的问题。
(1)噪声特性
低压电力线信道内的噪声分为4类。
1)背景噪声时时存在。其频谱占据了整个通信带宽,所以扩展信号频谱并不能提供任何增益。经测量发现背景噪声的主要来源是交直流两用电动机。不过背景噪声很少能够达到最高功率水平,而且将与传输信号一起被用户配电网络所衰减。
2)随机脉冲噪声:闪电和负载的开关操作,都会产生随机脉冲噪声,而且每一个脉冲噪声都将影响一个很宽的频带。脉冲噪声3种主要参数是幅度、宽度和到达间歇时间。脉冲幅度和脉冲宽度一起给出了脉冲能量。宽度影响到在给定速率下的数据位数,而到达间歇时间则影响脉冲噪声发生的频率。在特性恶劣的信道中,常使用扩频(Spread Spectrum,SS)和前向纠错编码(Forward Error Correction,FEC)和交织技术来降低误码率。
3)与工频同步的谐波噪声:由工频电压触发的可控硅整流器产生。因其开关频率与电源频率同步,故产生了一系列不同幅度不同频率的谐波噪声。
4)与工频无关的谐波噪声:又称为周期异步噪声,一般是由电视接收机和计算机显示器产生。脉冲的重复频率依赖于电视机和显示器的扫描频率标准,而对高分辨率和图像偏移质量的追求将使这些频率越来越高。
(2)衰减特性
高频信号在电力线上的衰减,是低压电力线通信遇到的又一个实际困难。电力线是用来传输50Hz电能的,并非为通信专门设计。另外,由于低压电网线路分支很多,各种不同性质的负载在网络的任意位置随机地连接或断开,使通信系统所要求的最基本的阻抗匹配都很难做到,信号时常会遇到反射、驻波等种种复杂现象的干扰,因此,其衰减特性非常复杂,具有很强的时变性。这种衰减与通信距离、信号频率等都有密切关系。
低压电网衰减特性的一些定性规律。(www.xing528.com)
1)除了短距离传输外,即使接收机与发射机同相,信号衰减仍可达到或超过20dB;
2)当频率上升时,信号衰减随之增大,但这种变化并不是单调的;
3)在某些特定的频率点上,有可能发生深度衰减;
4)电力网上电力负载的变化会极大地影响信号的衰减。不同的节点间,甚至同一对节点在不同时间,其衰减值都相差很大。
(3)阻抗特性
电力线的阻抗主要由电力线上接入负载的阻抗特性所决定。正是由于接入负载阻抗的不确定性和时变性,引起了电力线阻抗的不稳定。
测量结果表明:低压电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关。总体上,阻抗随着频率增加而增加,但某些局部又出现所谓的阻抗低谷区。其原因是电力线连接有各种复杂的负载。这些负载及电力线本身组合成许多谐振回路,在谐振频率及其附近频率上,形成低阻抗区,从而造成了在局部频率段内,阻抗随着频率增加而减小的现象。同时,由于负载在电力线上随机地连接或断开,所以在不同时间,电力线的输入阻抗会发生较大幅度的改变。其结果,在同一频率下测量的阻抗有很大的波动。
如果输出阻抗不能较好地与线路阻抗相匹配,则信号能量不能有效输出,实际耦合到电力线上的信号能量就会很小,产生较大的耦合损耗。
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