电力线宽带载波通信方法探析

电力线宽带载波通信方法探析

柳楠 1 、石智永 2 、耿琦 2

1.中国联通河南省分公司，河南 郑州 450000； 2.国网郑州供电公司，河南 郑州 450000

摘要：随着我国城市化建设的飞速发展，使得经济建设的发展发生了质的改变。尤其是通信工程中，传统电力线宽带载波通信干扰过滤技术没有分解数据信息，导致方法存在抗干扰过滤性能较差的问题，提出新的电力线宽带载波通信干扰过滤技术。基于此，通过分析电力线宽带载波通信方法，利用多条通道进行信息数据流的并行传输，提升数据传输速率。利用多种调制方式提高抗干扰能力，过滤脉冲干扰和多径干扰。并在各个窄带频谱中能够实现数据流通信路径的自动选择。结合扩频通信技术进一步将扩大化的频率恢复到原来的状态，在干扰因素较少的情况下，实现数据流的稳定传输，完成电力线宽带载波通信干扰过滤。并具体分析电力线宽带载波通信干扰过滤技术，抗干扰能力更强，过滤有效性更好。

关键词：电力线宽带载波通信；干扰载波；方法

0 前言

国内用电信息采集网络本地通信主要使用电力线载波通信技术，占比超过90%，相关终端规模约3亿台。随着用电信息采集业务功能的扩展，对本地终端用电信息采集的速率要求越来越高，传统的窄带载波已不能满足高速采集网络建设的需求。2017年6月，国家电网公司发布了企业标准《低压电力线宽带载波技术规范》，详细规定了宽带载波通信标准的物理层、数据链路层、应用层协议以及相关检验技术规范。电力线宽带载波通信作为下一代载波通信的新技术，仍缺少测量工具作为检验和认证载波通信设备的技术手段。由于宽带载波通信使用的频带、占用的带宽、调制方式以及协议的变化，以往的窄带载波测试系统已不适用于宽带载波通信测试。电力线宽带的频带范围为2~30MHz，国家电网公司行业标准中使用2~12MHz频段，默认使用频段即2.441~5.615MHz，子载波数为100~230。因此，本文针对电力线宽带载波通信干扰过滤技术进行具体研究，以供参考。

1电力线宽带载波通信干扰载波幅度调制

幅度调制技术是解决电力线宽带载波通信干扰的传统过滤手段，该技术通过调整宽带的载波幅度，改变传输信号的强弱，从而躲避或覆盖干扰信号。幅度调制技术发展较为成熟，但是缺乏稳定性与可靠性，通过调节正弦波的幅度来过滤宽带载波干扰，一般只适用于恒定的信号传输通道。例如，在一条噪音比较强的线路中，通过改变传输信号的幅度，很难确保宽带载波通信的正常运行，因此该方式的幅度调制抗噪能力较低。幅度调制还可以根据载波的相位不同来实现幅度调制，在载波通信的过程中发送信号载波的相位，通过改变相位的幅度，解决目前存在的缺陷，即使在有信道噪音的线路中也能较好地优化载波通信环境，但在高速数据传输的情况下，调制相位幅度需要更加精准地要求相位条件。

2电力线宽带载波通信方法

2.1信号耦合采样

载波信号使用电力线传输，不能直接接入精密仪器进行测量，需要通过信号耦合取样的方式将工频信号和电力线载波信号分离。本文设计的耦合采样单元可将工频信号和载波信号分离，通过耦合电压滤波器的方式耦合取样2~30MHz载波信号，并将电力线阻抗转换成标准50Ω阻抗，解决载波信号依附于强电无法定值准确测量的问题。

2.2开关矩阵

在性能测试中，需要接入信号分析仪来分析载波通信信号的占用带宽和功率谱密度，在抗衰减性能测试中需要主节点CCO和子节点STA之间增加衰减，在抗频偏测试中透明收发单元的参考时钟偏移需使用信号源提供的高精度时钟。同时，通信组网测试需要主节点CCO接入信号矩阵和15级子节点STA通信。需要将各部分组合连接成一个通信链路，通过射频控制开关实现信号源在噪声测试和频偏测试中的切换。由于接入的设备众多，不可避免地需要引入分支器，分支器的损耗可以通过矢量网络分析仪准确测出，通过耦合插损和分支器损耗补偿可精确测试宽带载波信号。

2.3路径损耗校正方法

由于开关矩阵中分支器和耦合采样电路的存在，不可避免地会引入中间路径损耗，导致测量结果出现偏差。分支器损耗在2~30MHz范围内基本一致，耦合采样电路低频损耗小，插入损耗则随着频率的增加而增大。信号耦合电路和分支器使用无源器件，双向信号矢量衰减曲线基本一致。使用矢量网络分析仪分别测试CCO电力线端到STA端和STA端到CCO端S21和S12衰减曲线，保存测试数据为。CSV格式，导入到上位机中，在测试收发性能时以采样曲线拟合的方式逐点补偿，实现2~30MHz范围内的精确补偿，误差值小于0.2dB。

3电力线宽带载波通信扩频干扰过滤技术

扩频通信技术是建立在载波幅度调制，以及将宽带频谱分解成窄带频谱的基础上，利用优化干扰过滤效果的手段，实现电力线宽带载波通信的干扰过滤。扩频通信技术在干扰过滤方面有抗噪声能力强、抗微弱能力强、稳定性能好、通信质量优等优点。扩频通信的具体技术是在信号发出端口进行调制，使信号自身所占频率远大于宽带的固定范围，再次进行调制，将扩大化的频率恢复到原来的状态，使信息稳定准确地传输。扩频技术的理论基础是Dagjan定理，在信息传送通道不变的情况下，宽带与信号干扰因素可以互换，在增加信号频率的宽度后，信号可以在干扰因素较少的情况下，稳定信息传输。利用此定理即便在干扰因素完全将信息传送通道覆盖的情况下，只要合理地增加信号频率宽带，也可以较为稳定地实现信息传输，就是扩频通信技术的原理。扩频成效的定义为信号频谱扩展后的宽带与原宽带的比值，其数据的大小可以用于观测扩频前后信息传输的稳定性性能，经过对比发现扩频成效的数值越大，电力线宽带载波通信的抗干扰能力越强，由此可见，通过扩频通信技术可以增强电力线宽带载波通信抗干扰能力。根据扩频成效的不同，在干扰因素完全覆盖信号传输途径的情况下，可以将传输信号从各类干扰因素中提取出来，因此扩频通信技术是目前唯一能够在全干扰的通信环境下，正常稳定传输信息的通信方式。扩频通信技术可以将宽带中的载波通信信息扩大成千上万倍，从而尽可能地增加扩频成效，使干扰因素只能影响极少部分的信号通信环境，让绝大多数的信号传输都能稳定、精准地到达信号接收端口。当利用扩频通信技术尽可能放大载波通信信号时，信号所受干扰的比例也会降低，因此这种通信扩频技术能够避免多种干扰因素，显著提升电力线宽带载波通信的抗干扰能力。

3结语

电力线宽带载波通信技术在当今时代已经普及，但是在通信过程中，信号传输的环境非常复杂。此次研究方法通过分析传输通道中的阻抗特性、多径效应、信道信号衰减干扰、脉冲干扰、信道噪声干扰等突出问题，提出解决方案。利用模拟对比实验的方式进行验证，比较研究方法和文献方法的抗干扰性能、过滤效果，从而证明研究方法的有效性。本次研究方法能够为后续研究做出一定的贡献，推进电力线宽带载波通信干扰过滤研究领域的发展。

参考文献

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[2]李坤，赵红军，王永建.窄带电力线载波通信信号识别算法研究[J].通信技术，2019，52（5）:1041-1048.

[3]孟庆娟，曹青媚，马占飞.海量冗余数据干扰下的网络数据捕获和分析系统研究[J].现代电子技术，2016，