宽带电力线通信的电磁兼容探讨

摘要　宽带电力线通信（BPLC）利用现有的电力网作为高速数据传输媒介时，存在屏蔽性差、阻抗不匹配、载波频率与短波无线电频段重叠等问题，由此而引发的电磁干扰成为BPLC普及与推广的最大障碍，同时也给BPLC商业化提出了更高的电磁兼容要求。本文探讨了宽带电力线通信中可能存在的电磁干扰问题以及电磁辐射的测量方法，并提出了改善BPLC系统电磁兼容性的措施。

1、引言

　　众所周知，电力网是当今各网络中拥有用户最多、最必不可少的网络。随着网络技术及多媒体技术的发展，利用现成的电力网来实现宽带接入及数据、语音、视频等多媒体信息传输成为当前的研究热点。近年来，宽带电力线通信（BPLC）技术的相关研究和应用发展非常迅速，现在已经进入初步应用阶段。宽带电力线通信利用已有的电力线作为通信信道，采用电力线数字扩频（SST）技术或正交频分多路复用（OFDM）技术实现数据传输^[1]。但是由于电力线上同时传输的是强电，而且电网的稳定性比传统通信网差得多，使得电力线通信的电磁环境极为复杂。更为重要的是电力线通信会给频带内的其他无线电业务造成潜在的电磁干扰，这也给宽带电力线通信的普及与推广提出了更高的电磁兼容要求。

　　电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）是一门新兴的综合性学科，它是指电气、电子设备或系统能够在同一个电磁环境下正常工作，相互之间不会构成不能承受的电磁干扰，以达到相互兼容、实现各自功能的状态^[2]。电磁兼容的内容包括抗干扰和电磁辐射控制两方面。随着电力通信技术的迅猛发展和广泛应用，作为一种“最后一公里”接入技术的宽带电力线通信的电磁兼容问题显得越来越突出。特别是电力通信系统抗干扰技术、电磁辐射的测量与控制，以及规范标准等问题已经引起了世界范围内的关注，电磁兼容技术也成为实现宽带电力线通信的关键技术之一。

2、宽带电力线通信

　　作为一种新的家庭联网和宽带接入技术，宽带电力线通信是目前国内外通信与电气工程等交叉领域关注的热点。它主要是指在1～30MHz频率范围内，利用电力线实现因特网接入、数据和话音业务的高速传输。目前全世界已经有若干种BPLC系统在进行现场试验，大多数系统能提供的最高数据速率为几Mbit/s以上。宽带电力线通信的载波频率范围，在美国为4～20MHz（HomePlug Specification V1.0），主要用于户内；欧洲为1.6～10MHz（Access）和10～30MHz（In-House），这是ETSI标准，CENELECB标准分界点为13MHz，欧盟委员会从2002年开始正在协调统一；中国尚无宽带PLC的标准。

　　BPLC宽带接入网一般都覆盖从变电站到用户住宅的公共区域（室外）和用户住宅的私人区域（室内）两部分。这是因为整条通信线路的衰耗非常高，在满足电磁兼容（EMC）要求的情况下，只有大约10%的用户可以直接由单跳链路来服务，所以必须把低压配电网分成室外PLC和室内PLC两部分。室外部分包括从变电站到住家接入点（HAP）的公共区域，室内部分是指从HAP到家里面的电器插座。高频通信信号在变电站注入和分出。通过变电站内1个头端HE（Head End），即以太网（Ethernet）结点与室内电力网络连接，使得插入墙上插座的设备都能接入宽带骨干网。通常室外PLC的载波频率使用1～10MHz的较低频率，而室内PLC使用15～30MHz的较高频段，提供2Mbit/s以上的数据传输速率，从而达到多媒体数据传输以及互联网接入的要求。图1为电力线通信网络结构图，由图可见PLC系统是一个集中式的主/从体系结构，具有点到多点的网络拓扑特性。一方面安装在变电站内的室外主控器为主干连接提供以太网接口，主干连接普遍使用光纤和数字用户线（DSL）。另一方面，每一用户的住宅内都有1个独立的室内PLC部分，由室内控制器（IC）控制，IC控制室内适配器（IA），为最终用户提供标准网络（以太网络、UBS和模拟电话线等）接口^[3，4]。

图1　电力线通信（PLC）网络结构

　　近年来，随着Internet技术和数字调制技术的飞速发展，宽带电力线通信技术成为目前发展前景十分看好的宽带接入技术。宽带PLC接入的显著优点是利用现有的电力线网络，不需要重新布线，网络覆盖范围广，连接方便，可以快速地实现宽带接入。缺点是利用中低压电力线信道传输高频通信信号，会遇到交流噪声对数据的损害以及信号衰减等问题，另外还存在与其他无线电业务之间的电磁兼容问题。