信号在电力线上传输应用中的特性分析

【摘 要】电力线主要是用来传送电能的，用以信号的传输，具有特殊性，会受到变压器的阻隔，而且信号容易损失，严重阻碍了信号的正常传输。影响电力线信号传输的因素有很多，如信号衰减、信号变形、持续谐波等。对电力线信号传输的基本特点和意义做了简单介绍，并针对如何测量信号衰减进行了实验，根据实验结果设计了一些方案。

【关键词】电力线信号传输；信号衰减；信号干扰；信号测量方法；载波

引言

在经济技术的推动下，电力载波技术作为通信技术的一种，迅速发展起来，它以电力线为载体，将低压控制信号加载到电力线上，可进行图像、数据、声音等多种信号方式的传输。该技术灵活性强、功能齐全，安装连接比较方便，且覆盖面积大，还可省去布线等工作，在当前受到人们高度重视。

1 电力线信号传输及其影响因素

1.1 概述

电力线信号传输现象在当前已很普遍，对各种高新科技的运用，使得芯片的传输速度大幅提升，日常中的安防警报、载波电话等都是运用该技术进行通信的，而且不少地区还能够利用电力线与Internet网连接。随着网络技术和计算机技术的不断进步，电力线连接起来的家庭网络也逐步实现，可将电子装置、家电、计算机等融合在一起，为人们带来更多方便。电力载波通信系统包括调制解调器、信号处理器、信号放大电路以及低压电力网络等部分，因该技术应用广泛，相应的产品也越来越多，但由于国内电网的波动较大，会产生大量的噪音，而且抗干扰能力较差，以至于相关产品普及效果并不理想。高噪声、高变形严重阻碍了电力线的通信功能。

1.2 电力线信号传输的特性

电力线的原作用是传输电能，在各种技术的融合下，用于传输数据，所以有其特殊性。变压器在信号的传输中会进行一定地阻隔，对信号传输形成限制，以至于电力线信号传输只能在有限区域内进行。另外，三相电力线之间会出现信号损失的情况。铜是低压电力线的主要材料之一，阻抗较小，这说明电力线信号受到干扰，自身的原因并非主要原因，而是存在着其他影响因素。

（1）电力线信号传输会产生大量噪音，主要源于自身的脉冲干扰，就目前而言，50Hz和60Hz的交流电使用较为普遍，相应的周期为20ms 、16.7ms 。每交流一次，就会有两次峰值，引起两次脉冲干扰，从而产生噪音。噪声的危害极大，覆盖频率面积大，而且具有突变性，极易造成信号的误码率升高，且干扰接收设备，影响到系统的正常运行。

（2）持续谐波。电力线与许多电力设备相连接，功率不同，性能不同，在各项设备的长期使用中，频繁地开关容易产生噪声，开关电源在运行中会产生超过50KHz的主谐波，在载波信号的范围之内。如今，家用微机的应用，导致许多劣质开关电源出现，给电网带来严重的污染。

（3）信号衰减和阻抗变化。电力线对载波信号容易造成高削减，低压电力网载波信号的衰减通常都比较大，至少在60dB ，且衰减值受电网负载影响，随着信号的频率而发生不同的变化。冰箱在启动时，电力线上的阻抗可从0.1Ω变为100Ω，相应的信号衰减则可从55dB到100dB。

（4）电力线具有变动性，地点和时间不同，对数据信号会产生不同程度的影响。所以在数据信号发出，在电力线传输的过程中，信号是参差不齐的，容易发生变形。

可知，电力线本身并不适用于通信，而要借助现代通讯等技术实现电力线载波通讯，传输距离受信号的信噪比影响较大。采用该技术时，为保证信号的正常传输，除了选择高质的专用芯片，还需要重点解决信号的干扰和衰减问题。

2 电力线传输中信号的干扰衰减分析

使用电力线进行信号的传输，受诸多因素影响，会出现信号扰的情况，并且发生衰减，由于情况较为复杂，具有突变性和随机性，难以利用具体的模型或解析时对其进行精确的描述，虽有一些模型，但大都受到限制，所以常常需要通过实验分析电力信号传输的特性。

2.1 信号测量方法

实验装置主要包括低压电力网络、线性耦合网络、阻性负载以及数字示波器等，在测量衰减特性时，利用信号处理器对信号进行处理，得到一个正弦信号，然后将其放大，借助线性耦合网络将其与低压电力网络相连接，信号在其中传输，接收端在接收到信号的同时，也会接收到带来的噪声，由另外一个线性耦合网络将其加到一个阻性负载上，对其数值进行测量。

2.2 实验结果

从实验结果中可知，低压电力网具有很明显且复杂的衰减性，不同地方、不同时间内，衰减值有很大的差异，且随着频率的上升，衰减值随之减少。

通过实验，可总结出以下几点：一般来说，跨相衰减要大于同相衰减，若处于一定的频率点上，则应当具体考虑；信号的衰减随着频率上升大致呈增长趋势，但并非单调的增长；信号衰减受电力负载影响较大，负载具有变动性，如果频率点固定，则衰减也会随时间而变，变化的范围可达30dB ；此外，通信信号的衰减特性难以用准确的模型或公式表述出来，需要用统计的方法进行分析。

3 方案设计

干扰和衰减是影响电力信号传输的两个最为重要的原因，在设计相关产品时，为减少干扰，系统接口处应使用新型的耦合器，具有滤波、增强信号发送等功能。为提高发射功率，还应对发射端的功率进行适当调整；为使接收端更方便地接受信号，应提高其灵敏度，当信号衰减后，信噪比仍能达到一定的要求。接收信号之后，通过软件滤波，提出有用的信号。

3.1 放大模块的设计

在实际运行中，信号放大电路最为实用，提高其发射功率，有利于增加信号的传输距离。使用集成运算放大器对信号进行放大，通过标准的推挽式放大器提高信号的发射功率，在电路中可以对电阻值进行适当调整，使放大器的特性达到最佳，进而对系统偏值电流进行有效控制。

3.2 接收模块的设计

接收电路通过放大器放大信号，借助带通滤波器进行有用信号的提取，以提高信号的信噪比。在接收系统中，接收器的灵敏度尽量选择自适应模式，可结合衰减的具体情况进行自动调整，进而提高通信质量，同时在各个相线之间接上耦合电容，扩大通信信号的覆盖面积，提高跨相传输距离，而且有利于电力系统功率品质因数的改变。

3.3 软件滤波技术的设计

若信号传输距离较远，加上干扰因素较多，信号处理器内部极易受到干扰，此时可利用通过数字滤波的方式进行滤除。常用的数字滤波法，即利用程序计算有效减少干扰对有用信号的危害。

4 结束语

电力线信号传输是当前一种重要的通讯形式，应用越来越广，然而实际运行中，常因干扰和衰减，使得信号传输受到严重影响，为此，需设定合理有效的方案，对干扰和衰减问题予以解决。

参考文献：

[1]李根旺，赵富海.信号在电力线上传输应用性的研究[J].现代电子技术，2005（9）.

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