電力線通信技術(shù)的電磁兼容問題和測(cè)量方法

1 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介

電力線通信技術(shù)即PLC技術(shù)，是英文Power LineCommunication的簡(jiǎn)稱，現(xiàn)在代表著一種新興的技術(shù)——“電力線上網(wǎng)”，它是利用電力線載波通信技術(shù)和電力線的入戶功能來實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。這種方式從傳輸媒質(zhì)上來講，與電話線上網(wǎng)并沒有區(qū)別，都是利用金屬導(dǎo)線作為傳輸媒質(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)。理論上電力線作為通信線路的通信速度，根據(jù)不同的頻率可達(dá)每秒3兆比特或10兆比特，與光纖大致相同。用戶只需要添加一個(gè)特制的調(diào)制解調(diào)器就可以與網(wǎng)絡(luò)連接。

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

2 PLC技術(shù)的輻射干擾問題

電力線相當(dāng)于天線，它一方面將產(chǎn)生的電磁波向外輻射，另一方面吸收來自外界的電磁波。PLC使用2～30 MHz的頻帶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)對(duì)該頻段的短波無線電廣播、業(yè)余愛好者無線電臺(tái)以及其它電信設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響。在電力線調(diào)制解調(diào)器工作時(shí)，電力線通信設(shè)備和電力線會(huì)產(chǎn)生泄漏電波，這些泄漏電波將變成無線通信中的噪音，有可能會(huì)對(duì)無線通信造成干擾，但是電力線輻射電磁波的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有電力線通信設(shè)備輻射電磁波的能力大，且無線通訊應(yīng)用的頻帶比較窄，所以影響的程度不大。泄漏的電磁波對(duì)于有線通信來說，經(jīng)過調(diào)制接收到的是類似于白噪聲的干擾，會(huì)使設(shè)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(cè)量其電磁輻射，頻率在10 MHz以下時(shí)達(dá)到66 dBμV/m，在100～200 m范圍內(nèi)，它會(huì)干擾無線電通信和電子設(shè)備。但是，當(dāng)頻率到達(dá)10 MHz以上時(shí)，電磁波隨距離增加衰減加劇，通過電力線傳輸寬帶信號(hào)造成的輻射影響迅速下降。電力線通信設(shè)備此時(shí)會(huì)對(duì)其周圍電子設(shè)備的工作造成嚴(yán)重影響。

為了避免這種干擾，各國制定了相應(yīng)的一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。英國的MPT 1570、德國的NB30是專門針對(duì)高速PLC通信制定的法規(guī)，加上美國的通用電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)FCC Part 15，實(shí)際上高速PLC現(xiàn)有三個(gè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，F(xiàn)CC Part 15最為寬松，NB 30次之，MPT 1570最嚴(yán)格。這些標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的限值要求見圖1。

主管信息通信產(chǎn)業(yè)的日本總務(wù)省，已開發(fā)利用電力線作為通信網(wǎng)絡(luò)線路的技術(shù)，以促進(jìn)社會(huì)信息化的發(fā)展總務(wù)省據(jù)此制定一項(xiàng)法令，從2002年起準(zhǔn)許使用電力線作通信網(wǎng)絡(luò)的線路，同時(shí)還準(zhǔn)備在年內(nèi)開發(fā)可供家用電腦等使用的萬能插口等裝置。日本60家有關(guān)企業(yè)設(shè)立了聯(lián)合機(jī)構(gòu)“電力線載波通信設(shè)備開發(fā)部”，研究用輸電線做通信線路的技術(shù)。將來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)主要是通過電信線路連接電腦。新設(shè)立的聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)將研究使電力線發(fā)揮通信線路作用的技術(shù)。

德國聯(lián)邦議院議會(huì)上院新近通過一項(xiàng)議案，批準(zhǔn)使用能使互聯(lián)網(wǎng)信息通過電力線和墻上電源插座傳輸?shù)募夹g(shù)。聯(lián)邦議會(huì)投票通過的這項(xiàng)議案為今后在廣播波段范圍內(nèi)通過電力線上網(wǎng)鋪平了道路。議案還同意，在2010年電視信號(hào)、2015年標(biāo)準(zhǔn)無線電的傳輸分別完全實(shí)現(xiàn)數(shù)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”條例，在為PLC提供法律保障的同時(shí)也對(duì)輻射問題規(guī)定了具體指標(biāo)。
據(jù)了解，德國多特蒙德大學(xué)的研究表明，在64臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)使用五類雙絞線上網(wǎng)時(shí)，產(chǎn)生的電磁輻射都已經(jīng)超過了NB 30標(biāo)準(zhǔn)的限值，見圖2所示。由此可見，該標(biāo)準(zhǔn)限值的設(shè)定不是十分科學(xué)。

通過和美國的FCC part 15比較，德國規(guī)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，這就意味著傳送功率高1 000倍或者可能的數(shù)據(jù)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(tǒng)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。一些國際組織如PLC論壇正在致力于推翻該標(biāo)準(zhǔn)。

英國的情況更糟，因?yàn)槠浣ㄗh的限值更低，一般比德國的NB 30低20 dB左右，這大體上相當(dāng)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(duì)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題，通常有線電視、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、甚至電話線的電磁輻射都會(huì)超過這些限值。

3 PLC的傳導(dǎo)騷擾測(cè)量方法在CISPR 22中，電源端口和電信端口都要求測(cè)量。

但是PLC調(diào)制解調(diào)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(cè)量方法基于以下考慮：

（1）用戶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）來衡量干擾程度是合理的。

（2）對(duì)于電信設(shè)備而言，引起輻射的共模對(duì)稱信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于差模信號(hào)。采用T-ISN來測(cè)量差模信號(hào)，并根據(jù)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)性能的非平衡（LCL）典型值來增加差模到共模的轉(zhuǎn)換。

3.1限值應(yīng)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(yīng)當(dāng)測(cè)量2次，如下所述：通信功能不激活，采用AMN測(cè)量，并符合電源端口的限值要求；通信功能激活，采用T-ISN測(cè)量，并符合電信端口的限值要求。

測(cè)量應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足平均值和準(zhǔn)峰值的要求。通信功能測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足電壓限值或電流限值的要求。如果測(cè)量讀數(shù)靠近限值，那么在每個(gè)頻率點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間不少于15 s。

3.2測(cè)量方法

應(yīng)當(dāng)忽略AE（輔助設(shè)備）對(duì)EUT電源端口騷擾電平的貢獻(xiàn)。因此，電力線終端適配器或PLC網(wǎng)絡(luò)模擬傳輸應(yīng)當(dāng)調(diào)整到使EUT電力線傳輸功能正常所需要的最小電平。應(yīng)當(dāng)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(cè)量，但是應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)電源端口的限值要求。總的說來，T-ISN應(yīng)當(dāng)在電源電壓上端接。出于對(duì)操作人員安全的考慮，應(yīng)當(dāng)有良好的絕緣或其它可接受的方法。

3.3應(yīng)用T-ISN測(cè)量步驟

T-ISN的電路如圖3所示。
測(cè)量布置見圖4所示，將T-ISN直接與參考接地平板相連。
如果采用電壓測(cè)量，就直接在T-ISN的端口測(cè)量，但是讀數(shù)需要根據(jù)T-ISN的分壓系數(shù)進(jìn)行修正。
如果采用電流測(cè)量，就使用電流探頭直接測(cè)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(cè)量頻率上的無用信號(hào)不會(huì)影響測(cè)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(nèi)對(duì)差模和共模電壓的衰減推薦值至少為40 dB。當(dāng)濾波器插入時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足以下所規(guī)定的阻抗要求。濾波器的所有元件應(yīng)當(dāng)封裝在金屬屏蔽殼內(nèi)，而且該屏蔽外殼應(yīng)當(dāng)直接與參考接地平板相連。

在1.6～30 MHz頻率范圍內(nèi)的RF低通濾波器與T-ISN或與AE的差模阻抗，應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)具有以下特性：

（1）在150 kHz～30 MHz頻率范圍內(nèi)的共模端接阻抗應(yīng)當(dāng)為150?±20?，相位為0～20。

（2）T-ISN應(yīng)當(dāng)對(duì)AE的騷擾提供足夠的隔離。T-ISN對(duì)來自AE的共模電壓或電流的騷擾衰減應(yīng)當(dāng)?shù)陀跍y(cè)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(nèi)大于35～55 dB，隨頻率對(duì)數(shù)線性增加。
在1.5～30 MHz頻率范圍內(nèi)大于55 dB。注：隔離是指T-ISN對(duì)來自AE共模騷擾的衰減。

（3）在該頻率范圍內(nèi)，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)的相線和中線之間的近似典型值。這個(gè)規(guī)定還在繼續(xù)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(hào)頻段內(nèi)的信號(hào)衰減失真或信號(hào)質(zhì)量的其它劣化。但是這些情況不應(yīng)當(dāng)影響EUT的正常運(yùn)行。