电力线载波通信讲解

1、第一章绪论架空明线实用传输频带最高频率可达 300 kHz 对称电缆可达 600 kHz 同轴电缆可达 60MHz 电力线高频通道可达 500kHz频带平移 ：上边带话音三角形与调制器输入调制信号的话音三角形方向一致 频带倒置 ：下边带的话音三角形的方向与输入调制信号话音三角形的方向相反载波通信的基本过程：一变二分三还原 变，就是用调制器把话音频带变换到高频频带； 分，就是频率分割，即在收信端用滤波器把各路信号从群信号中分割出来； 还原，就是利用解调器把高频频带还原成话音频带。载波机中必须包括以下几种基本部件：(1) 调制器 (或解调器 ):实现频率变换。(2) 载波振荡器 :产生载频信号。(

2、3) 滤波器 :完成选频与频率分割作用。(4) 放大器 :提高信号电平。两种现象： 解决收后重发添加差接系统 ： 差接系统能把用户方向的二线电路与载波机的收、发信支路的四线电路连接起来，同 时能使收信支路与发信支路彼此隔离，切断 “收后重发 ”通路 。这是因为差接系统具有信号 在邻端方向传输衰减小，对端衰减大的性能。解决自发自收 用以下两个方案 ：1、双频带二线制双向通信 所谓双带二线制，指的是在一对通信线路的两个方向上，采用两个不同的线路传输频带， 利用方向滤波器把收、发两个方向的线路传输频带分开， 切断“自发自收 ”通路，从而实现双 向通信。 这种方法主要用在线路传输线对较少的载波通信系统

3、中。 如架空明线、 电力线载波 通信系统中都采用这种通信方式。2、单边带四线制双向通信 所谓单边带四线制，指的是在线路上收、发信两个传输方向上采用相同的传输频带，而 用两对导线(四根导线)来各自传输一个方向的信号，从而切断了 “自发自收 ”通路。这种方 法主要用于对称电缆和同轴电缆载波通信系统。载波机特点与技术要求发信功率较大 有较快调节速度和较大调节范围的自动电平调节系统 大多是单路机能适应不同电压等级的电力线通信需要 具有自动交换系统，并提供优先权配置方向滤波器：分割收发频带 线路滤波器：过滤信号频带，隔离载波通路与音频通路多级变频与标准转接频谱一次变频：把原始信号通过一次变频搬移到线路传

4、输频带 多级变频：把原始信号通过多次变频，搬移到线路传输频带 通路变频：把音频信号变频为上、下边带或将上、下边带还原成音频 群变频：把由若干路边带信号所组成的群信号送到一个变频器进行变频多级变频的优点有利于调制器后带通滤波器的设计与制造 减少滤波器和载频种类实现较好的变频方案，减少串扰 便于得到标准转接频谱，有利于机型统一和群间转接CCITT 建议的标准频谱通路 （04kHz） 指每路信号允许通过的频率范围，一般取为4kHz.前群（1224kHz） 由3个话路信号分别经 12, 16kHz 和20kHz 载波变频，取上边带，组成12 24kHz 的 3 路群信号，称为前群。基群 （60 108

5、kHz） 由 12 个电话通路组成的 60 108kHz 的标准群，称为基群。 超群（312 552kHz） 由 5个基群组成的 312552kHz 的 60路标准群，称为超群。主群（ 812 2044kHz） 由 5 个超群组成的 8122044kHz 的标准 300 路群称为主群。 超主群 由 3 个主群组成的 8516 12388kHz 标准的 900 话路的，大于 900 话路的巨群。获得基群标准频谱的方法：一次调制法 12 个话路频带通过一次调制直接搬到基群频谱上二次调制法 把 12 个话路分成若干组，经二次变频，搬移到基群频谱上 单晶滤波器法频谱参差 利用多个不同的线群调制载波频率

6、， 使得线路传输频谱互相错开 。采用频谱参差 可使解调后所得到的串扰话音信号变为不可懂串音 ，这样可以防止失密，并使分散通话者 注意力的影响减轻，从而在效果上相当于减少了串音的影响。频谱倒置 在同杆两对传输线路上的两台载波机， 所采用的线路传输频谱相同， 但一台机采用 上边带，一台机采用下边带，把可懂串音变为不可懂串音电力线高频通道包括：结合滤波器JL（结合设备） 、耦合电容器 C、阻波器 GZ（ 加工设备 ）和电力线路。耦合装置 ：包括结合设备、加工设备及耦合电容结合设备 JL 连接在耦合电容 C 的低压端和载波机的高频电缆 GL 之间。图中排流线圈 1 对 工频信号呈现低阻抗， 对载波信号

7、呈现高阻抗， 它的作用是给通过耦合电容的工频电流提供 接地通路，从而将耦合电容器连接结合设备 JL 端子的电位限制在安全电压范围以内。接地 刀闸 2 是为了满足在维修和其它需要时， 可将结合设备输入端子可靠接地， 以保证人身和设 备的安全。主、副避雷器 3.6 是限制来自电力线雷电感应脉冲和工频操作过电压的冲击，以 保护载波设备。匹配变量器 4 用来实现电力线路与高频电缆之间的阻抗匹配。耦合电容器 C 连接在结合设备 JL 和高压电力线路之间，它的作用是传输高频信号，阻隔工 频电流， 并在电气性能上与结合设备中的调谐元件配合， 形成高通滤波器或带通滤波器。 耦 合电容器的容量一般为 30001

8、0000pF线路阻波器 GZ 与电力线路串联， 接于耦合电容器在线路上的连接点和变电所之间。 线路阻 波器 GZ 主要由强流线圈、保护元件及相应的电感、电容与电阻等调谐元件组成。线路阻波 器的电感量一般为 0.1 2mH 。在结合设备 JL 的输出端子和载波机之间一般用高频电缆GL 连接， 由于载波机的型号不同，高频电缆可以是不平衡电缆或平衡电缆。连接电缆的阻抗一般为75（不平衡）和 150（平衡）。电力线载波机 ZJ ：实现调制与解调耦合电容器 C 和结合滤波器 JL 组成一个带通滤波器：通过高频载波信号，阻止工频高压和 工频电流线路阻波器 GZ: 是通过电力电流、阻止高频载波信 耦合方式

9、：耦合方式有三种 :相 相耦合方式， 相一地耦合方式和相一相， 相一地混合耦合 方式。相一地 耦合方式将载波设备连接在一根相导线和大地之间。 它的特点是只需一个耦合电容器 和一个阻波器， 在设备的使用上比较经济， 因而得到了广泛的应用。 但这种方式所引起的衰 减比相 相耦合方式大，而且在相导线发生接地故障时高频衰减增加很多。需要指出的是， 这种方式虽然耦合是一相对地， 但实际的信号传输却包括其它两相在内， 以复杂的相间波方 式进行着。相 相耦合方式需要两个耦合电容器和两个阻波器， 耦合设备费用约为相一地耦合方式的两 倍。但相 相耦合方式的优点是高频衰减小，并且当电力线路故障时，由于80的故障属

10、于单相故障，所以具有较高的安全性。载波频率范围： 40 500kHz基本载波频带： 4kHz标称载波频带：基本载波频带整数倍标称阻抗 指设计输入、 输出电路所选取的， 以及在使用条件下所适用的阻抗值。 在载波机外 线侧载波输出端的标称阻抗应为75（不平衡式 ）或 150（平衡式 ），要求在标称载波频带内发送方向的回波衰减应不小于 10dB。在话音及信号输入、输出端，应采用平衡式电路，标称 阻抗为 600，且有效传输频带内的回波衰减应不小于14dB。乱真发射 乱真发射指在标称载波频带以外的一个或多个频率处的功率发射， 它的电平可以减低而不影 响信息的传输。乱真发射包括谐波、寄生信号和交调产物。带

11、阴影的倒漏斗线代表在标称载波频带以外的各个频率处所允许的乱真发射的最高 电平值。BN 表示标称载波频带， B 表示距离标称载波频带的间隔。纵坐标尺 A1 适用于标称载波功率小于或等于 40W 的电力线载波机，它的坐标刻度 值代表实测乱真发射电平 Lsp。纵坐标尺 A2 适用于标称载波功率大于 40W 的电力线载波机。 A2 纵坐标尺的刻度 值为相对电平值，它表示实测乱真发射电平 Lsp ，与电力线载波机标称载波功率电 平 Ln 之差。对于某一台具体载波机，当将其实测得到的乱真发射电平值(或其相对值 )标注在图中时，若其值于倒漏斗线以下时则为合格，否则其乱真发射指标不合格。例如，对于标称载波功率

12、大于 40W 的载波机，应选用 A2 纵坐标尺，并由此可确定 在紧邻频率 (OB )处所允许的最高乱真发射电平为 -56dB ，而在间隔 1B 处为 -68dB， 而在问隔 2B 处为 -80dB 。单边带电力线载波机的体系结构电力线载波机通常由下列各部分组成 :(1) 话音信号传输系统。它是载波机骨干电路，包括发信支路和收信支路， 用于完成话音信号以及二次复用信号的频率搬移、发送和接收。(2) 远动信号复用系统。作为远动装置与载波机之间的接口电路，完成平衡电路 与不平衡电路的转换，以及信号接口电平的配合与调整，用以保证载波机 的正常工作和音频远动信号通过载波通路顺利传输。(3) 呼叫信号系统

13、 (振铃系统 )。包括呼叫发送电路和呼叫接收电路两部分，用以 完成直流呼叫信号与音频呼叫信号的转换。(4) 优先强拆信号系统。用以完成自动交换系统中直流强拆信号与载波通路中 音频强拆信号的相互转换。(5) 高频保护信号复用系统。未复用高频保护的电力线载波机无此系统。(6) 载频供给系统。用以产生各种载频和导频。(7) 自动电平调节系统 (导频系统 )。主要用于补偿高频通道在运行过程中衰减 的变化，保证收信端传输电平稳定。(8) 电源供给系统。(9) 告警系统。(10) 自动交换系统。国外电力线载波机一般不带自动交换系统，而是采用由 数台载波机共用一台自动电话小交换机的办法来提高载波通路的利用率

14、。中频转接的特点：1， 中频转接是在中频段进行的，中频信号含有话音和远动信号，因此，这种转接方式可以 将话音和远动通信同时进行转接。2， 在中频转接过程中，信号仅通过一次调制和一次解调，因此由转接引起的信号失真比较小3， 中频转接后， 送往高频通道的高频信号频率发生了变化， 但经放大都获得了增益。 因此， 中频转接实际上起到了频率变换式增音的作用4， 中转站 B1,B2 两台单路机中频转接时， 只起到一台增音机的作用， 他们的音频部分平时 无用，但当通信电路维护检修时，中转站可以利用音频部分分别和 A,C 站实现通话，所 以保留 B1,B2 机的音频部分是有实际价值的中频转接的不足： 中转机必

15、须防止导频信号二次发送，否则，将会造成对方自动电平调节系统工作混乱。 解决的办法是，在中频转接时，可以用中频带通滤波器或采取其他办法对导频信号加以 抑制。终端站的载波机不能采用最终同步法实现音频信号的最终同步。绝缘地线载波通信包含：架空地线 G，线路设备和载波机 ZJ 组成。 架空地线的线路设备包括放电间隙P，接地排流线圈 L ，混合电容器 C 和阻抗匹配变量器T.放电间隙 P 起防雷击等作用。接地排流线圈 L 的作用是在电力线正常运行和非正常运行时，将架空地线上因电磁 感应产生的大电流 (含工频电流、由故障产生的感应过电流和雷击电流等)排入大地。另外排流线圈的电感和耦合电容 C 构成一个高通

16、滤波器，以阻止工频高次谐波的干 扰进入载波机。阻抗匹配变量器 B 用于将架空地线的特性阻抗 (线地耦合架空地线的特性阻抗为 5000 )与高频电缆的特性阻抗 (75 实)现阻抗匹配。绝缘地线载波通信优点：(1) 绝缘地线载波的线路设备简单，不需要高频阻波器和高压耦合电容器，因此对工 程施工和设备制造均带来方便，并具有经济意义。(2) 架空地线上感应的工频电流和电压大大低于相导线上的值，因此地线载波通 道中的杂音干扰电平比电力线通道中的杂音干扰电平低许多(约低 5 10dB) 。因此如果采用良导体绝缘架空地线。在同一发信电平下，地线载波通道的传输距离较远。(3) 线路设备简单和线路杂音电平的降低

17、，使得地线载波的工作频率范围可从低 频 8kHz 开始，这样不仅使线路衰减有所降低，而且可以充分利用电力线载波无法 使用的 40kHz 以下的频段。(4) 在电力线停电作业、相导线加挂地线的情况下，电力线载波通道不能通话， 但地线载波通道仍可维持通信。这对于那些途经山区，交通不便的线路，开设流动 性检修通信特别适用。另外，绝缘地线载波易于实现多路通信，因此可以取得更大的经济效益。但是地线 载波在雷击或线路故障瞬间，由于接地间隙击穿放电，有可能引起地线载波通信瞬 时性中断。这种瞬时性中断对电话和远动信号来说不会产生影响，但对高频保护信 号的传输影响较大。分裂相导线载波通信系统中 , 线路设备包括

18、高频阻波器 GZ ，高频自耦变量器 GB,耦合电容 器 C 和结合滤波器 JL 。为简单起见，阻波器可以采用1/4 波长的短路线代替。优点 (1)分裂相导钱对地处于平衡状态，相似于架空明线。因此向外辐射和感应的干 扰电平都很小，故线路频谱宽，上限频率可高达2MHz ，为开通大容量通道提供了条件。优点 (2)线路衰减小， 各相之间的跨越衰减大。 因此，在同一条电力线路的非同名相， 以及同名相的相邻线段上，都可以重复使用频率，从而有效地增加信道容量。优点 (3) 用于分裂相导线载波通道上的地线载波设备，可以采用外部加接功率放大 器的明线多路载波机，以实现多路通信。缺点是 :导线覆冰积雪时衰减增加较

19、快，这是在使用中应注意的主要问题。第二章载波通路的质量指标电话传输质量评判的三个要素 :响度，即收听到话音的大小程度； 清晰度，即收听到话音的清晰可懂的程度； 逼真度，即收听到话音音色和特性的不失真程度。电话传输质量评判的电气指标 机内传输电平：反映信号大小和传输情况， 度量通信传输规律 通路净衰减：反映通道全程传输衰减 净衰减频率特性：反映载波频带内各频率与测试信号衰减偏差与频率之间的关系通路振幅特性：反映通路输入和输出端电平的线性和非线性关系 通路稳定度：反映通信系统的正常运行可靠性程度 乱真发射：反映系统对标称载波频带外的频率的功率发射值 选择性：反映接收支路对收信频带的滤波特性 通路的

20、杂音：反映通路中对信号的干扰 通路的串音：反映通道内通路间信号的干扰 载频同步：反映恢复原始信号的能力回音：自发自收群时延失真：群路时延工作在非线性状态振铃边际 ：反映呼叫收铃器的工作可靠性机内传输电平 载波通路的始端即音频二线端送入800Hz，OdBm/600 功率电平的测试信号时，全通路在正常情况下，各个部件输入输出端测试点上所测得的功率电平值。传输电平带来的问题 太高，会使通路中某些元、部件过负荷，从而造成通路振福特性变坏，产生非线性 失真，引起设备内部各通路之间的串话干扰。 太低，则在杂音一定情况下，信杂比降低，杂音影响加剧，也会损害通信质量。在电力线载波通信系统中，中频转接点电平我国

21、规定为：发信和收信都是 -31dBr, 阻抗 600低频转接点电平为 : 发信和收信电平都是 -14dBr, 阻抗为 600 音频转接分有固定音频转接和自动音频转接 固定音频转接点电平与通信线载波机相同，以便二种设备间的相互转接 自动音频转接点电平是收信和发信电平都为 -7dBr, 阻抗为 600通路净衰减是指载波电话通路始端输入电平与终端接收电平的差值。 指长途通路全程在一个传输方向上，全程的总衰减与总增益之差。正值是衰减，负值是增益）? 净衰减的必要性 : 太大：响度不足 太小：稳定度降低，路际串扰 线路衰减变化和电源波动的影响第三章电力线高频通道 高频信号是相对于工频信号而言， 是电力线

22、上传输的通信信号。 主要包括语音、 远动和保护 三种信号。 电力线高频通道包括：阻波器、结合电容、结合滤波器、高频电缆和电力线路。结合设备 组成： 耦合电容：隔离工频强电，保证高频信号通过。 结合滤波器 : 滤出通信频率，阻止其它频率。 高频电缆：同轴电缆将高频信号引到室内载波机上 结合滤波器 作用：滤出高频通信信号 使泄漏的工频信号接地 完成阻抗变换：高频电缆阻抗： 75 欧姆 相地结合阻抗： 400 欧姆基本要求 带宽要求：符合滤波器的上、下限截止频率 阻抗要求：实现线路侧、电缆侧的阻抗匹配 工作衰减：工作衰减小（对工频电流呈现高阻抗 高频传输频带内，工作衰耗足够小 回波衰耗足够大 谐波衰

23、耗足够大）结构类型? 补偿网络式： 单调节式，双调节式，易失谐，很少使用? 滤波器式：就是一个真正的 LC 带通滤波器。? 变压器式：自耦变压器式，不易失谐，目前应用最广 加工设备（阻波器） 阻波器的作用：阻高频，通工频 （阻波器装在变电站各相线的出入口） 阻波器的类型：宽带：阻止 30 500kHZ 整个频带的信号（目前的主要应用型式） 窄带：只对通信频率进行阻波。对阻波器的要求： 1）必须有阻性分量： ?要求其阻抗要有阻性分量，该阻性分量的大小由变电站介入损耗决定。?原因：变电站的输入阻抗是非常复杂的，可能是容性，也可能是感性，在最坏的情况下可能为完全容性。阻波器的阻抗如果没有阻性分量为纯

24、感性，这时就会产 生谐振，从而不能起到阻波高频信号的作用。而阻波器阻性分量的加入就会避免这 种现象。（2）耐高压 /高电流?阻波器串联在输电线路 ，它必须能通过高压，强电流。?当电力线发生短路故障时， 电力线中的电流非常大。 其瞬间的冲击电流是短路电流的 2.5 倍。在设计阻波器时应考虑到短路电流出现时，不应该损坏。第四章压缩扩展器话音信号在电力线通道中传输的两个问题 (1)当发送低电平信号时，信杂比过低(2)当发送高电平信号时，易产生非线性失真压控器的作用压缩器可以压缩话音信号的动态范围， 提高弱信号的电平， 降低强信号的电平， 使得信号在 传输过程中有较强抗干扰能力，并且能充分利用线路放大

25、器的功率容量。扩展器将话音信号还原，以达到不失真的传输话音信号压扩器的特性 压缩扩展器 ( 简称压扩器 )的特性反映的是压扩器输出电平与输入电平之间的 关系。表示形式有两种：一是传输电平图，二是电平特性曲线。压缩器的特性压缩器的作用是对话音信号的动态范围进行压缩， 使其低电平信号得以提高， 对高电平信号 给以衰减。扩展器的特性扩展器的作用与压缩器相反， 它是把对方送来的已被压缩的话音信号加以扩展， 以恢复原话 音信号电平的动态范围 。压扩器抑制电路串杂音的原理： 压扩器的作用是抑制电路中的串杂音，改善信杂比，其抑 制原理在通路有信号传输的讲话期间和无信号传输的空闲时间是不同的。 电路空闲期间压

26、扩器对串杂音的抑制：1， 在压缩器之前，扩展器之后产生的串杂音。压扩器无改善作用。因为压缩器之前产生的 串杂音同时受到压缩器和扩展器的作用，扩展器之后产生的串杂音未经压扩器，因此， 对于这种杂音压扩器无能为力。2，在压扩器之间产生的串杂音， 压扩器有改善作用。由于这种串杂音只经过扩展器，因此， 其中杂音的抑制程度完全取决于扩展器的衰减且与压缩器无关。通路有话音信号时，压扩器对串杂音的抑制：1，压缩器之前，扩展器之后产生的串杂音，压扩器同样无改善作用。2， 压扩器之间产生的串杂音，压扩器有抑制作用。由于此时信号经过压缩器，串杂音未经过压缩器，而 它们又同时通过扩展器，因此，串杂音的抑制程度完全取

27、决于压缩器的增益。压缩器 采用的是反接式控制 （又称后向控制 ） ，即从输出端取出信号电压，经整流控制电路后控制变耗器。 扩展器 采用的是顺接式控制 （又称前向控制 ），即从输入端取出信号电压，经整流控制电路后控制变耗器压缩器结构方框图 扩展其结构方框图压缩器的工作原理是：从压缩器的输出端取出部分话音信号能量，经整流控制电路形成控制电流。当压缩器输入信号电平等于所设计的零增益电平时，变耗器的衰减值与放大器的增益相等，因此，信号经压缩器后，电平不发生变化。当压缩器的输入信号电平高于零增益电平时，输出电平升高，控制电流增大，二极 管的交流电阻减小。变耗器衰减增大，使输出电平降低；反之，使输出电平升

28、高。通过变耗器衰减值随输 入信号电平大小而相应变化的自动调节过程，实现了压缩话音信号动态范围的目的。扩展器的工作原理是：从扩展器的输入端取出部分话音信号能量经整流器产生控制电流，当输入信号电平 等于零增益电平， 扩展器对此电平既无增益又无衰减， 保持电平值不变。 当输入信号电平高于零增益电平， 控制电流增大，可变电阻减小，变耗器衰减减小，输出电平增高，实现了高电平的扩展。反之，当输入电 平下降，使输出低电平进一步下降，实现了低电平的扩展。瞬态失真无论何种压扩器的整流控制电路都存在滤波电容， 它两端的电压不能突变。 当信号幅度突变时， 由于控制 电流可能跟不上信号幅度的变化，从而造成压扩器输出信号波形失真，即所谓瞬态失真。压缩器的瞬态失真压缩器的启动时间和恢复时间：? 启动时间过长，压缩器对话音高电平的衰减太慢，有可能使压缩器后面的部件过负荷，造成非线 性失真；启动时间过短，压缩器的增益与峰值有关，而不是与平均音量相关，造成环路自激现象。? 恢复时间过长，会使通话音量较大时，后面的尾音听不见，而恢复时间太短，则会增加通话间歇 时的噪声成分。? 由理论分析表明， 启动时间和恢复时间的长短与滤波电路的RC值成正比。启动时间和恢复时间短，说明滤波电路的 RC时间常数