电气工程网络与通信-第三章 电力线载波通信

第三章 电力线载波通信,电力线载波通信系统,数字电力线载波机,电力线载波通信新技术,第一节 概述,电力线载波通信的概念,电力线载波通信（PLCPower Line Carrier）是利用高压输电线作为传输通路的载波通信方式，用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输,一、电力线载波通信的特点,1、独特的耦合设备,2、线路频谱安排的特殊性,3、以单路载波为主,4、线路存在强大的电磁干扰,（1）电力线本身的高频特性；（2）避免50Hz工频的干扰；（3）考虑载波信号的辐射对无线电广播及无线通信的影响。,电力线载波通信使用的频率范围是40500KHz,二、我国电力线载波通信的现状,1、规模范围大、装机数量及从事人员数量多,2、综合业务能力有了很大的发展,3、载波技术装备水平有了很大提高,4、理论研究成果卓著,第二节 电力线载波通信系统,一、电力线载波通信系统构成,1、系统构成,主要由电力线载波机、电力线和耦合设备构成,其中耦合装置包括线路阻波器GZ、耦合电容器C、结合滤波器JL（又称结合设备）和高频电缆GL,一、电力线载波通信系统构成,1、系统构成,一、电力线载波通信系统构成,2、各部分的作用,电力载波机:主要实现调制和解调,耦合电容器C和结合滤波器JL：其作用是通过高频载波信号，并阻止电力线上的工频高压和工频电流进入载波设备,线路阻波器GZ ：作用是通过电力电流，阻止高频载波信号漏到变压器和电力线分支线路等电力设备，以减小变压器和分支线路对高频信号的介入损耗及同一母线不同电力线上的衰耗,结合设备：作用是提供高频信号通路,电力线：既传输电能又传输高频信号,二、电力线载波机,二、电力线载波机,二、电力线载波机,（一）电力线载波机的特点,载波机发送功率较大（约为1100W）,载波机的路数较少，一般为单路机,接收机应具有较好的自动电平调节系统,主要用来传送电力调度及安全运行所需的电话、远动、远方保护信号,二、电力线载波机,（二）调制方式,主要采用双边带幅度调制、单边带幅度调制和频率调制,接收频带减为一半，噪声及干扰影响减小,提高了电力线载波频谱的利用率,发送功率集中在一个边带中，利用率提高,单边带幅度调制的优点：,（三）典型电力线载波机的组成框图,（三）典型电力线载波机的组成框图,1、音频汇接电路,电力线载波机需要传输语音信号、呼叫信号、远动信号和远方保护信号,电力线载波机的音频汇接电路就是实现汇集/分离的接口电路,2、发信支路,将要传输的音频信号用载波进行调制，实现变频后放大，送到高频通道,采用二次调制方法,（三）典型电力线载波机的组成框图,3、收信支路,收信支路从高频通道上选出对方送来的高频信号进行解调，恢复出对方发送的音频信号,解调方法选用相干解调,采用最终同步法控制载频偏差,（三）典型电力线载波机的组成框图,4、自动电平调节系统,自动电平调节的过程是在发送端发送一个导频信号（为了简单，采用中频载波作为导频信号）。在对方收信支路，用窄带滤波器滤出导频信号，经放大、整流后作为控制信号，控制收信支路中可调放大器的增益或可调衰减器的衰减，实现自动调节。,5、呼叫系统、自动交换系统,（四）设备类型,电力线载波机可以分成不同机架，一般有载波架、高频架、音频架、人工呼叫台和增音机,GB/T72551995单边带电力线载波终端机IEC495单边带电力线载波终端机ITUT有关建议,（五）电力线载波机的主要技术指标,传输信号电平、通路净衰耗频率特性、路通振幅特性、通路稳定度、通路杂音、通路串音、载波同步、回音与群时延和振铃边际等。,三、电力线高频通道,（一）耦合装置与耦合方式,1、耦合装置的构成,耦合装置包括线路阻波器GZ、耦合电容器C、结合滤波器JL,由耦合装置、高频电缆和电力线构成,（一）耦合装置与耦合方式,2、耦合方式,（1）相地耦合方式,（2）相相耦合方式,（二）电力线载波通路上的杂音干扰,1、杂音的类型,（1）线路杂音,（2）设备内的固有杂音,（3）制际串音形成的杂音,（4）路际串音形成的杂音,2、对电力线载波通信杂音的要求,现行规定，电力线载波通信中话音通路信杂比为26dB，载波通路二线端杂音电平不大于60dB,（三）电力线载波通道的频率分配,影响载波通道间的干扰有以下因素：,（1）电力线载波机的发送功率越大，则对其他载波通道的干扰信号越强。（2）干扰信号在传输过程中总会有衰减，包括线路传输衰减，相间跨越衰耗和阻波器或载波频率分隔设施的跨越衰减等。这些衰减的总和使干扰减小，衰减越大，产生的干扰越小。（3）被干扰的信号越强，则受干扰的影响越小。（4）干扰载波机的收信选择性越高对干扰信号和被干扰信号的分辨能力越强，则被干扰载波机所受的干扰越小。,（三）电力线载波通道的频率分配,2、频率分配方法,频率插空法,频率实测法,频率分组重复法,频率组的划分原则为：1）相同的频率组用于一条电力线上，同组内各频点间无相互干扰，载波机可并联使用。2）不同的频率组用于不同的相邻电力线上，频点间无相互干扰。3）在经过23个电力线路段之后，可以重复使用频率组，只要经验算频点相互无干扰即可。,四、电力线载波通信方式和转接方式,（一）电力线载波通信方式,1、定频通信方式,（一）电力线载波通信方式,2、中央通信方式,（一）电力线载波通信方式,3、变频通信方式,（二）电力线载波通信的转接方式,1、中频转接,（二）电力线载波通信的转接方式,2、低频转接,（二）电力线载波通信的转接方式,3、音频转接,第三节 数字电力线载波机,一、数字电力线载波通信的优点,（1）在相同信道带宽（24kHz）条件下，能传输的电话路数增多，数据容量大，频带利用率提高,（2）数字方式抗干扰能力强，通信质量得到提高,（3）话音、远动和呼叫信号都变为数字形式，可不必再考虑发信功率的分配，以全功率发出即可,（4）提供的数字接口能适应综合业务数字网（ISDN）的发展趋势，便于灵活组网,（5）便于用外部计算机实时修改设备参数及工作状态，实现自动监测与控制,二、对数字电力线载波机（DPLC）的要求,（1）提供现有APLC的各种业务（调度电话、远动、远方保护）及新增数据通信业务,（2）通道容量应比APLC至少大3倍以上,（3）占用与APLC相同的带宽，且不改变原有的频谱分配,（4）在线路侧与APLC兼容，原有的耦合装置不变，可与APLC共同组网,（5）具有良好的可扩充性能,（6）投资少、功能强、性能价格比高,三、数字电力线载波机的关键技术,目前的DPLC大致有两种类型：（1）模拟体制的DPLC。 （2）全数字化的载波机,局部采用数字技术的DPLC涉及以下工作：（1）供系统采用锁相频率合成技术实现数字化。（2）音频通道复用滤波器DSP进行数字化。（3）调制、解调部分采用DSP进行数字化等。,三、数字电力线载波机的关键技术,1、DSP技术DPLC采用DSP实现滤波、均衡、调制和编码,2、高效的多进制数字调制技术,3、语音压缩编码技术,DPLC主要采用以下几部分数字技术,(1)滤波功能的实现(2)均衡的实现,四、数字电力线载波设备构成,1、时分复用模块,时分复用模块将多路数据或数字化语音信号进行成帧复用，复用后的信号速率通常可达10100kb/s。在实际设备中，该部分通常还包含各种音频及数据接口电路和模拟信号数字化转换（如PCM、ADPCM、语音压缩编码等）装置，可直接接入电话、远动、数传、电报、传真等设备。,主要由时分复用、数字调制和高频设备三个功能模块构成,四、数字电力线载波设备构成,2、数字调制模块,3、高频设备模块,数字调制模块将时分复用设备输出的高速数字信号通过正交幅度调制（QAM）、网格编码调制（TCM）或多载波调制（MCM）等新型的高效数字编码调制技术，转换为符合电力线载波频带要求的调制信号,高频设备模块完成频率搬移、功率放大、阻抗匹配等功能,第四节 电力线载波通信新技术,一、中/低压电力载波通信技术的开发及应用,中低压电力线载波的应用目前主要在10kV电力线作为配电网自动化系统的数据传输通道，以及在380/220用户电网作为集中远方自动抄表系统的数据传输通道，还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网,二、中/低压电力载波通信的关键技术,自动集抄系统中采用的载波通信方式有扩频、窄带调频或调相。 电力线上网的应用采用扩频通信方式。在各种扩频调制方式中，主要采用正交频分多路复用技术,三、中/低压电力载波通信解决方案举例,基于直序扩频（DSSS）技术的电力线载波自动抄表系统（AMR）和电力线载波通信（PLC）解决方案,Archnet公司,思考题,1、何谓电力线载波通信