浅谈电力线通信技术的电磁兼容问题和测量方法

　　中心议题：

　　PLC技术的概况及相关法规

　　电力线通信技术的电磁兼容问题

　　PLC的辐射干扰问题

　　解决方案：

　　PLC传导骚扰测量方法

　　1 PLC技术简介

　　plc的英文全称是power line communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得plc具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据﹑语音﹑视频，以及电力于一体的"四网合一"！另外，可将房屋内的电话﹑电视﹑音响﹑冰箱等家电利用plc连接起来，进行集中控制，实现"智能家庭"的梦想。目前，plc主要是作为一种接入技术，提供宽带网络"一公里"的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。

　　plc利用1.6m到30m频带范围传输信号。在发送时，利用gmsk或ofdm调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5m~45m之间。plc设备分局端和调制解调器，局端负责与内部plc调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的internet。

　　PLC技术做为长距离调度的通信手段，早已有之。它以电力线路为传输通道，具有通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点。

　　2 PLC技术的辐射干扰问题

　　电力线相当于天线，它一方面将产生的电磁波向外辐射，另一方面吸收来自外界的电磁波。PLC使用2～30 MHz的频带传输数据时，可能会对该频段的短波无线电广播、业余爱好者无线电台以及其它电信设备的正常工作产生影响。在电力线调制解调器工作时，电力线通信设备和电力线会产生泄漏电波，这些泄漏电波将变成无线通信中的噪音，有可能会对无线通信造成干扰，但是电力线辐射电磁波的能力远远没有电力线通信设备辐射电磁波的能力大，且无线通讯应用的频带比较窄，所以影响的程度不大。在10 m的距离上、用9 kHz的带宽测量其电磁辐射，频率在10 MHz以下时达到66 dBμV/m，在100～200 m范围内，它会干扰无线电通信和电子设备。

　　为了避免这种干扰，各国制定了相应的一些标准和规范。英国的MPT 1570、德国的NB30是专门针对高速PLC通信制定的法规，加上美国的通用电磁兼容标准FCC Part 15，实际上高速PLC现有三个电磁兼容标准。三个标准中，FCC Part 15为宽松，NB 30次之，MPT 1570严格。这些标准或规范规定的限值要求见图1。

　　主管信息通信产业的日本总务省，已开发利用电力线作为通信网络线路的技术，以促进社会信息化的发展总务省据此制定一项法令，从2002年起准许使用电力线作通信网络的线路，同时还准备在年内开发可供家用电脑等使用的插口等装置。将来只要把电脑的电源插头插入插座，即可接入互联网。新设立的联合研究机构将研究使电力线发挥通信线路作用的技术。

　　德国联邦议院议会上院新近通过一项议案，批准使用能使互联网信息通过电力线和墙上电源插座传输的技术。联邦议会投票通过的这项议案为今后在广播波段范围内通过电力线上网铺平了道路。议案还同意，在2010年电视信号、2015年标准无线电的传输分别完全实现数字化的时候，它们的波段也将接入互联网业务。

　　德国联邦参议院和联邦通信与邮政管理局颁布了“电网在线”条例，在为PLC提供法律保障的同时也对辐射问题规定了具体指标。

　　据了解，德国多特蒙德大学的研究表明，在64台计算机同时使用五类双绞线上网时，产生的电磁辐射都已经超过了NB 30标准的限值，见图2所示。由此可见，该标准限值的设定不是十分科学。

　　通过和美国的FCC part 15比较，德国规定的缺点是明显的。例如，在2 MHz左右，美国限值比德国的建议限值高30 dB，这就意味着传送功率高1 000倍或者可能的数据传输速率大约高10倍。与美国相比，目前德国的限值已经成为PLC系统发展的严重障碍。一些国际组织如PLC论坛正在致力于推翻该标准。

　　FCC Part 15对于有意的、无意的或者瞬时的并且在使用中无需个人许可证的发射设备做出了规定。它包括技术规范、行政要求以及其它的市场准入条件。FCC Part 15针对的是射频产品，主要分为四类：无意发射设备、有意发射设备、不用许可证的个人通讯设备、不用许可证的国家的基础信息设备。

　　英国的情况更糟，因为其建议的限值更低，一般比德国的NB 30低20 dB左右，这大体上相当于将可能的传输速率降低到60%左右。在这种环境下，不能指望电力公司对PLC技术进行投资。此外，从技术方面考虑，这样低的限值也有很大的问题，通常有线电视、计算机网络、甚至电话线的电磁辐射都会超过这些限值。

　　3 PLC的传导骚扰测量方法在CISPR 22中，电源端口和电信端口都要求测量

    CISPR国际无线电干扰特别委员会。为国际电工委IEC的成员。其位置相当于 IEC的技术委员会， 已经成为涉足电磁兼容标准的重要国际组织之一。CISPR22 信息技术设备无线电骚扰 CISPR25 为保护车辆上安装的接受机而制定的骚扰限值与测量方法 CISPR14家用电器、电动工具及类似器具的射频发射EMC标准要求。

　　但是PLC调制解调器仅仅采用了一个端口就完成了供电和通信的功能。因此，我们可以把这种端口定义为多用途端口。测量方法基于以下考虑：

　　（1）用户使用的供电电源是非平衡的骚扰源，因此采用V型网络（A M N）来衡量干扰程度是合理的。

　　（2）对于电信设备而言，引起辐射的共模对称信号远远小于差模信号。采用T-ISN来测量差模信号，并根据适当的网络性能的非平衡（LCL）典型值来增加差模到共模的转换。

　　3.1限值应用

　　限值同时采用电源端口和电信端口的限值。多用途端口应当测量2次，如下所述：通信功能不激活，采用AMN测量，并符合电源端口的限值要求；通信功能激活，采用T-ISN测量，并符合电信端口的限值要求。

　　测量应当同时满足平均值和准峰值的要求。通信功能测量时，应当满足电压限值或电流限值的要求。如果测量读数靠近限值，那么在每个频率点的测量时间不少于15 s。

　　3.2测量方法

　　应当忽略AE（辅助设备）对EUT电源端口骚扰电平的贡献。因此，电力线终端适配器或PLC网络模拟传输应当调整到使EUT电力线传输功能正常所需要的电平。

　　EUT的不用于P L C的电源端口不按上述要求进行测量，但是应当满足相关电源端口的限值要求。总的说来，T-ISN应当在电源电压上端接。出于对操作人员安全的考虑，应当有良好的绝缘或其它可接受的方法。

　　3.3应用T-ISN测量步骤

　　T-ISN的电路如图3所示。

　　测量布置见图4所示，将T-ISN直接与参考接地平板相连。

　　如果采用电压测量，就直接在T-ISN的端口测量，但是读数需要根据T-ISN的分压系数进行修正。

　　如果采用电流测量，就使用电流探头直接测量，并与电流限值直接比较。

　　为了确保电源供电端口在任何测量频率上的无用信号不会影响测量，可能需要在T-ISN和AE之间插入一个低通滤波器。于不同滤波器而言，每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时，它有时被称为高频剪切滤波器， 或高音消除滤波器。低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路（如音频设备中使用的hiss 滤波器、平滑数据的数字算法、音障（acoustic barriers）、图像模糊处理等等，这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数（moving average）所起的作用，低通滤波器有很多种，其中，通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。该滤波器在150 kHz～30 MHz频率范围内对差模和共模电压的衰减推荐值至少为40 dB。当滤波器插入时，应当满足以下所规定的阻抗要求。滤波器的所有元件应当封装在金属屏蔽壳内，而且该屏蔽外壳应当直接与参考接地平板相连。在1.6～30 MHz频率范围内的RF低通滤波器与T-ISN或与AE的差模阻抗，应当至少比EUT发射模式或AE接收模式下的差模阻抗大20倍。

　　T-ISN应当具有以下特性：

　　（1）在150 kHz～30 MHz频率范围内的共模端接阻抗应当为150?±20?，相位为0～20。

　　（2）T-ISN应当对AE的骚扰提供足够的隔离。T-ISN对来自AE的共模电压或电流的骚扰衰减应当低于测量骚扰限值10 dB以下。

　　所要求的隔离度至少为：

　　在150 kHz～1.5 MHz频率范围内大于35～55 dB，随频率对数线性增加。

　　在1.5～30 MHz频率范围内大于55 dB。注：隔离是指T-ISN对来自AE共模骚扰的衰减。

　　（3）在该频率范围内，T-ISN的LCL为36 dB±3 dB。注：1）上述频率的LCL值是安装在典型环境的典型电源网络的相线和中线之间的近似典型值。这个规定还在继续研究中，可能在以后会修订。 2）LCL的定义是基于ITU-T建议G.117:1996。

　　（4）由于T-ISN的插入，可能会造成在有用信号频段内的信号衰减失真或信号质量的其它劣化。但是这些情况不应当影响EUT的正常运行。