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      寬帶電力線通信對無線通信的影響及其頻帶的管理論文

      時(shí)間: 謝樺657 分享

        無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波,它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬,通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個(gè)微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個(gè)或多個(gè)地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。以下是今天學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的:寬帶電力線通信對無線通信的影響及其頻帶的管理相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考閱讀!

        寬帶電力線通信對無線通信的影響及其頻帶的管理全文如下:

        本文關(guān)鍵字:監(jiān)測 ETSI 電磁干擾 測試 信息化 電力線 電信 無線通信 網(wǎng)絡(luò) 北電 電力線上網(wǎng) 寬帶接入 EMI 數(shù)據(jù)通信 OFDM 布線 GSM 天線 電信網(wǎng) 局域網(wǎng)

        引言

        隨著Internet技術(shù)和市場應(yīng)用的快速發(fā)展,各種寬帶接入方式相繼出現(xiàn),利用電力線進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)也取得了重大進(jìn)展。

        更高速率的寬帶電力線設(shè)備,例如45 Mbit/s、85 Mbit/s、200 Mbit/s等速率的產(chǎn)品相繼問世,利用寬帶電力線上網(wǎng)已經(jīng)成為獨(dú)特的接入方式,但是電力線通信系統(tǒng)(PLC系統(tǒng))引起的電磁兼容問題成為PLC推向市場的最大障礙。

        電力線高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)是一個(gè)正在發(fā)展中的嶄新學(xué)科。電力線一般用來傳輸220V/50Hz電能,為了提供從數(shù)Mbit/s到數(shù)十Mbit/s以上的數(shù)據(jù)傳輸,就必須采用數(shù)MHz以上的頻段。但在當(dāng)前的技術(shù)條件下,這會引發(fā)嚴(yán)重的EMI(電磁干擾)。例如,NOR.WEB公司的PLC系統(tǒng)運(yùn)行后,發(fā)現(xiàn)路燈變成了發(fā)射天線,干擾了包括英國廣播公司4臺在內(nèi)的多家廣播電臺的無線電信號接收。本文將就PLC系統(tǒng)的電磁兼容特性進(jìn)行分析,并對于其頻譜管理提出一些建議。

        寬帶PLC電磁兼容問題分析

        1.1 電磁兼容分析模型

        對于一般的電磁兼容問題分析的基本模型如圖1所示。

        圖1 電磁兼容分析模型

        對于寬帶PLC系統(tǒng)來說,干擾源要整體考慮,不僅包括PLC設(shè)備,而且要考慮當(dāng)信號加到電力線上時(shí),由于電力線是一種非屏蔽的線路,有可能作為發(fā)射天線對無線通信和廣播產(chǎn)生的不利影響。此外還要考慮多種PLC設(shè)備間的相互影響。PLC的耦合途徑是非常復(fù)雜的,是不同的途徑相互作用的結(jié)果,總體上分為兩種,一種是空間的輻射,對應(yīng)的被干擾設(shè)備是無線通信和廣播信號;另一種是沿電力線的傳導(dǎo)騷擾,主要造成對電能質(zhì)量的影響。因此寬帶PLC系統(tǒng)的電磁兼容問題涉及多個(gè)PLC系統(tǒng)的共存,以及與無線網(wǎng)絡(luò)的共存。

        1.2 寬帶PLC系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理

        電力線最主要是用來傳輸電能的,其特性和結(jié)構(gòu)也是按照輸送電能的損失最小并保證安全可靠地傳輸?shù)皖l(50Hz)電流來設(shè)計(jì)的,不具備電信網(wǎng)的對稱性(構(gòu)成回路的兩根絕緣芯線對地是對稱的)、均勻性(在線路的全部長度上傳輸導(dǎo)線橫截面形狀及大小、使用材料、導(dǎo)體間的間隔和導(dǎo)體周圍的介質(zhì)都保持均勻不變),因而基本上不具備通信網(wǎng)所必須具備的通信線路電氣特性。而寬帶PLC系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾問題正是由于電力線的這種對地不對稱性產(chǎn)生的。

        寬帶PLC系統(tǒng)產(chǎn)生兩種電磁場,傳導(dǎo)波和輻射波。它們都是由共模電流引起的。

        電磁干擾源的一般模型如圖2所示。

        圖2 電磁干擾的一般模型

        根據(jù)這個(gè)模型,一般認(rèn)為EMI是由兩種電流注入網(wǎng)絡(luò)引起的,一種是共模電流(Ic),一種是差模電流(Id)。差模電流信號流入的上行方向(設(shè)備到網(wǎng)絡(luò))產(chǎn)生了一個(gè)磁場,而另一個(gè)差模電流以同樣的強(qiáng)度和領(lǐng)域與第一個(gè)在相反的方向上(網(wǎng)絡(luò)到設(shè)備)上產(chǎn)生第二個(gè)電磁場。由于兩個(gè)電磁場對稱且方向相反,彼此產(chǎn)生的電磁干擾相互抵消。與差模方式相反,共模電流在同一個(gè)方向上,所以產(chǎn)生的電磁場是不對稱的,因此總的電磁輻射是兩個(gè)電磁場的疊加。所以PLC 網(wǎng)絡(luò)的干擾主要是由共模電流引起的。

        PLC對無線通信的影響

        理論證明,在原有的幾百kHz頻帶內(nèi)是無法實(shí)現(xiàn)Mbit/s級的高數(shù)據(jù)傳輸速率的,因此高速PLC技術(shù)所采用頻帶遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了低速PLC所規(guī)定的頻帶范圍。

        目前高速PLC技術(shù)所采用的頻帶也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。國際上的實(shí)際應(yīng)用一般集中在1 MHz~30 MHz。從高速PLC技術(shù)的應(yīng)用模式來看,國際上主要分為兩種不同的應(yīng)用,歐洲的PLC技術(shù)主要應(yīng)用于Internet接入,歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會ETSI(the European Tele—communications Standards Institute)在其技術(shù)規(guī)范“TS101 867”中將1.6 MHz~9.4 MHz規(guī)定為接入應(yīng)用頻帶,將11 MHz~30 MHz規(guī)定為室內(nèi)應(yīng)用頻帶。另一種應(yīng)用方式主要集中在北美,北美的高速PLC技術(shù)主要應(yīng)用在室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。

        與低速PLC所占的專用頻帶不同,高速PLC所采用的l MHz~30 MHz頻帶已被分配給其他無線電應(yīng)用了,如固定業(yè)務(wù)、移動業(yè)務(wù)(水上移動、陸地移動、航空移動)、無線電定位、無線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號、短波無線電廣播、業(yè)余無線電業(yè)務(wù)、衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務(wù)、射電天文和氣象輔助等業(yè)務(wù)。

        對PLC而言,首先要考慮是否存在尚沒有分配給其他應(yīng)用的頻帶:在德國,l MHz~30 MHz頻帶范圍內(nèi)沒有分配的頻帶大約有7.5 MHz,但頻帶不連續(xù),因此對信號的調(diào)制技術(shù)就會有選擇性。OFDM 采用多載波技術(shù),因此OFDM可以適應(yīng)這種頻帶不連續(xù)的情況。對于已經(jīng)分配的頻帶,如果PLC系統(tǒng)需要使用,就必須考慮在這些頻帶范圍內(nèi)的電磁輻射問題,這是因?yàn)镻LC系統(tǒng)的載波信號能量可能輻射到周圍空間,對該頻帶內(nèi)的無線電業(yè)務(wù)造成影響。由于這種干擾來自PLC系統(tǒng)的有用信號,因此PLC干擾源的性質(zhì)可以定位為有意干擾源。在這種情況下,只能考慮在這個(gè)頻帶內(nèi)對PLC系統(tǒng)的電磁騷擾進(jìn)行限制,以保護(hù)在這個(gè)頻帶內(nèi)的無線電業(yè)務(wù)。就電力分布線和發(fā)送線產(chǎn)生的磁場而言,會隨著時(shí)間變化而改變,與電流大小成正比。PLC在應(yīng)用頻帶內(nèi)的電磁輻射對無線電業(yè)務(wù)的潛在影響也是目前對PLC應(yīng)用的主要爭議。

        測試結(jié)果

        為了評估PLC室內(nèi)局域網(wǎng)系統(tǒng)以及PLC接入系統(tǒng)的電磁輻射水平,許多組織及研究機(jī)構(gòu)對PLC的輻射場進(jìn)行了大量測試[3,4,]。

        ET.SI PLT工作組的研究小組進(jìn)行了如下測試:在傳導(dǎo)干擾基本滿足CISPR 22 B類設(shè)備規(guī)定的最大限值的情況下,測試不同頻率、不同距離時(shí)電力線的輻射場強(qiáng),研究是否存在干擾合法短波無線電用戶使用的可能性。測試結(jié)果如下:

        (1) 輻射場的場強(qiáng)隨距離的增加而快速衰減。測試結(jié)果表明,衰減的幅度為距離每增加10倍衰減為31 dB~36 dB。

        (2) 在城市內(nèi),滿足CISPR22的PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射場強(qiáng)低于典型的大氣和宇宙噪聲,不會對其他無線業(yè)務(wù)產(chǎn)生干擾。但在人煙稀少的農(nóng)村,在12 m~14 m的范圍內(nèi)有可能對無線電接收機(jī)產(chǎn)生影響。

        (3) 12 m~14 m之外,在任何地區(qū),滿足CISPR22的PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射電平低于典型的大氣和宇宙噪聲,不會干擾無線電接收機(jī)的工作。

        也有許多專家對大量PLC系統(tǒng)同時(shí)使用時(shí)的電磁輻射累積效應(yīng)進(jìn)行了研究和測試,其目的在于分析大量PLC系統(tǒng)同時(shí)使用時(shí)對無線GSM 網(wǎng)絡(luò),特別是具有高接收靈敏度的GSM中心站的影響。在所測試區(qū)域,有一個(gè)GSM 中心管理站,1433個(gè)基站(每個(gè)基站的容量為200個(gè)用戶),終端用戶容量為28600個(gè)。在該網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)共安裝了19個(gè)PLC 網(wǎng)絡(luò)。測試結(jié)果表明多用戶同時(shí)使用時(shí),如每個(gè)PLC終端注入到低壓配電網(wǎng)的信號功率譜密度達(dá)10 mW/Hz(遠(yuǎn)高于PLC 系統(tǒng)實(shí)際注入的功率譜密度),在離PLC 網(wǎng)絡(luò)1500 m處,即使是在沒有建筑物阻擋的開闊地帶,多個(gè)PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射值也低于大氣及宇宙噪聲,對環(huán)境噪聲的增值遠(yuǎn)小于0.1 dB。

        對寬帶電力線等非無線電設(shè)備管理的一些建議

        通過對寬帶電力線對無線廣播通信頻率干擾的分析,我們對寬帶電力線干擾的機(jī)理和防治方法有了較深入的了解。

        如何加強(qiáng)對輻射無線電波的非無線電發(fā)射設(shè)備的管理,特別是像寬帶電力線通信這類輻射無線電波的非無線電發(fā)射設(shè)備的管理,是無線電管理部門需要考慮的問題。

        在信息化社會里,無線電頻譜作為一種重要的資源,它的作用日益重要。無線電業(yè)務(wù)已經(jīng)普及到社會生活的方方面面,各行各業(yè)對無線頻譜的依賴性越來越強(qiáng)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,各類電子設(shè)備等非無線電通信設(shè)備廣泛應(yīng)用于社會生活當(dāng)中,其產(chǎn)生的電磁輻射是無線電通信業(yè)務(wù)的潛在干擾源。由于這類干擾日益增多,對管理提出了新的挑戰(zhàn)。目前對這類干擾查處的主要依據(jù)是《中華人民共和國無線電管理?xiàng)l例》第六章和第八章對非無線電設(shè)備的無線電波輻射的規(guī)定,但力度不夠。

        對于這些問題,建議在制度方面出臺一些具體的規(guī)章制度,以便處理問題時(shí)有章可循,有法可依。在技術(shù)方面應(yīng)逐步加強(qiáng)對該類設(shè)備檢測監(jiān)測技術(shù)的研究,在管理方面須加強(qiáng)與不同部門的溝通和協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)對這類產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售使用的有效監(jiān)管。

        結(jié)束語

        寬帶電力線通信的載波頻段與其他無線電通信業(yè)務(wù)共用,而且電力線是一種非屏蔽的通信線路,因此寬帶電力線通信在實(shí)際工作中不可避免地存在電磁干擾的問題。

        隨著通信技術(shù)的發(fā)展、新的調(diào)制方式和組網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn),電磁干擾問題將會不斷得到改善。基于這種情況,無線電管理者應(yīng)該堅(jiān)持科學(xué)的態(tài)度,既要保證現(xiàn)有的重要無線電業(yè)務(wù)不要受到干擾,同時(shí)要為新技術(shù)的發(fā)展留出空間,使新舊技術(shù)在同一片天空下和諧發(fā)展。

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