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宽带电力线通信对无线通信的影响 宗庆福 1 ，祁刚 2 1 中国矿业大学计算机系，江苏徐州（ 221008） 2 中国矿业大学计算机系，江苏徐州（ 221008） 摘 要：随着 Internet 技术和市场应用的快速发展， 各种宽带接入方式相继出现， 利用电力

线进行高速数据传输的技术也取得了重大进展。更高速率的宽带电力线设备，例如 45 Mbit/s 、 85 Mbit/s 、 200 Mbit/s 等速率的产品相继问世，利用宽带电力线上网已经成为独

特的接入方式，但是电力线通信系统（ PLC系统）引起的电磁兼容问题成为 PLC推向市场的

最大障碍。本文对这一问题进行探讨，不足之处请大家指教。 关键词 : 无线通信；网络；电力线上网；宽带接入

1. 引言 电力线高速数据通信技术是一个正在发展中的崭新学科。 电力线一般用来传输 220V/50Hz

电能 , 为了提供从数 Mbit ／ s 到数十 Mbit ／s 以上的数据传输，就必须采用数

MHz以上的频

段。但在当前的技术条件下，这会引发严重的 EMI( 电磁干扰 ) 。例如， NOR．WEB公司的 PLC

系统运行后， 发现路灯变成了发射天线， 干扰了包括英国广播公司 4 台在内的多家广播电台 的无线电信号接收。本文将就 PLC系统的电磁兼容特性进行分析 , 并对于其频谱管理提出一

些建议。 2 宽带 PLC 电磁兼容问题分析 2.1 电磁兼容分析模型

对于一般的电磁兼容问题分析的基本模型如图 1 所示。

图 1 电磁兼容分析模型 对于宽带 PLC 系统来说， 干扰源要整体考虑， 不仅包括 PLC设备，而且要考虑当信号加到电力线上时， 由于电力线是一种非屏蔽的线路， 有可能作为发射天线对无线通信和广播产

生的不利影响。此外还要考虑多种 PLC设备间的相互影响。 PLC的耦合途径是非常复杂的，是不同的途径相互作用的结果， 总体上分为两种， 一种是空间的辐射， 对应的被干扰设备是无线通信和广播信号 ; 另一种是沿电力线的传导骚扰，主要造成对电能质量的影响。因此宽 带 PLC系统的电磁兼容问题涉及多个 PLC系统的共存，以及与无线网络的共存。 [1] 2.2 宽带 PLC系统电磁干扰产生的机理

电力线最主要是用来传输电能的， 其特性和结构也是按照输送电能的损失最小并保证安 全可靠地传输低频 (50Hz) 电流来设计的，不具备电信网的对称性 ( 构成回路的两根绝缘芯线 对地是对称的 ) 、均匀性 ( 在线路的全部长度上传输导线横截面形状及大小、 使用材料、 导体 间的间隔和导体周围的介质都保持均匀不变 ) ，因而基本上不具备通信网所必须具备的通信 线路电气特性。 而宽带 PLC系统所产生的电磁干扰问题正是由于电力线的这种对地不对称性 产生的。 [2]

宽带 PLC系统产生两种电磁场， 传导波和辐射波。 它们都是由共模电流引起的。 电

磁干扰源的一般模型如图 2 所示。

图 2 电磁干扰的一般模型

根据这个模型，一般认为 EMI 是由两种电流注入网络引起的，一种是共模电流（ Ic ）， 一种是差模电流（ Id ）。差模电流信号流入的上行方向（设备到网络）产生了一个磁场，而 另一个差模电流以同样的强度和领域与第一个在相反的方向上 （网络到设备） 上产生第二个 电磁场。由于两个电磁场对称且方向相反， 彼此产生的电磁干扰相互抵消。 与差模方式相反， 共模电流在同一个方向上， 所以产生的电磁场是不对称的， 因此总的电磁辐射是两个电磁场 的叠加。所以 PLC 网络的干扰主要是由共模电流引起的。 [3]

3.PLC 对无线通信的影响 理论证明， 在原有的几百 kHz 频带内是无法实现 Mbit ／ s 级的高数据传输速率的， 因此 高速 PLC技术所采用频带远远超过了低速 PLC所规定的频带范围。

目前高速 PLC 技术所采用的频带也没有统一标准。国际上的实际应用一般集中在 1 MHz～ 30 MHz。从高速 PLC 技术的应用模式来看，国际上主要分为两种不同的应用，欧洲的

PLC技术主要应用于 Internet 接入，欧洲电信标准委员会 ETSI(the European

Tele — communications Standards Institute) 在其技术规范“

TS101 867”中将 1.6 MHz ～

9.4 MHz 规定为接入应用频带，将 11 MHz～ 30 MHz 规定为室内应用频带。另一种应用方式

主要集中在北美，北美的高速 PLC技术主要应用在室内联网。 与低速 PLC 所占的专用频带不同，高速 PLC所采用的 l MHz～ 30 MHz频带已被分配给

其他无线电应用了， 如固定业务、 移动业务 ( 水上移动、 陆地移动、 航空移动 ) 、无线电定位、

无线电导航、标准频率和时间信号、短波无线电广播、业余无线电业务、卫星业余业务、射 电天文和气象辅助等业务。 对 PLC而言，首先要考虑是否存在尚没有分配给其他应用的频 带：在德国， l MHz ～ 30 MHz 频带范围内没有分配的频带大约有 7.5 MHz ，但频带不连续， 因此对信号的调制技术就会有选择性。 OFDM采用多载波技术， 因此 OFDM可以适应这种频带

不连续的情况。 对于已经分配的频带， 如果 PLC系统需要使用， 就必须考虑在这些频带范围 内的电磁辐射问题， 这是因为 PLC系统的载波信号能量可能辐射到周围空间， 对该频带内的

无线电业务造成影响。 由于这种干扰来自 PLC系统的有用信号， 因此 PLC 干扰源的性质可以 定位为有意干扰源。 在这种情况下， 只能考虑在这个频带内对 PLC 系统的电磁骚扰进行限制， 以保护在这个频带内的无线电业务。 就电力分布线和发送线产生的磁场而言， 会随着时间变 化而改变，与电流大小成正比。 PLC在应用频带内的电磁辐射对无线电业务的潜在影响也是 目前对 PLC应用的主要争议。 [4]

测试结果 为了评估 PLC 室内局域网系统以及 PLC接入系统的电磁辐射水平， 许多组织及研究机构 对 PLC的辐射场进行了大量测试 [3,4,] 。

ET． SI PLT 工作组的研究小组进行了如下测试：在传导干扰基本满足 CISPR 22 B

类设备规定的最大限值的情况下， 测试不同频率、 不同距离时电力线的辐射场强， 研究是否 存在干扰合法短波无线电用户使用的可能性。测试结果如下 : (1) 辐射场的场强随距离的增加而快速衰减。 测试结果表明， 衰减的幅度为距离每增加 10 倍衰减为 31 dB ～ 36 dB 。 (2) 在城市内，满足 CISPR22的 PLC系统产生的辐射场强低于典型的大气和宇宙噪 声，不会对其他无线业务产生干扰。但在人烟稀少的农村，在 12 m～14 m 的范围内有可能 对无线电接收机产生影响。 (3) 12 m ～14 m 之外，在任何地区，满足

CISPR22

的 PLC系统产生的辐射电平低

于典型的大气和宇宙噪声，不会干扰无线电接收机的工作。 也有许多专家对大量 PLC系统同时使用时的电磁辐射累积效应进行了研究和测试， 其

目的在于分析大量 PLC系统同时使用时对无线 GSM网络，特别是具有高接收灵敏度的 GSM 中心站的影响。在所测试区域，有一个 GSM中心管理站， 1433

个基站 ( 每个基站的容量为

200 个用户 ) ，终端用户容量为 28600 个。在该网络覆盖区域内共安装了 19 个

PLC 网络。 测

试结果表明多用户同时使用时，如每个 PLC终端注入到低压配电网的信号功率谱密度达 10 mW／ Hz( 远高于 PLC 系统实际注入的功率谱密度 ) ，在离

PLC

网络 1500 m处，即使是在没有

建筑物阻挡的开阔地带， 多个 PLC系统产生的电磁辐射值也低于大气及宇宙噪声， 对环境噪 声的增值远小于 0.1 dB 。

4 对宽带电力线等非无线电设备管理的一些建议 通过对宽带电力线对无线广播通信频率干扰的分析， 我们对宽带电力线干扰的机理和防 治方法有了较深入的了解。 如何加强对辐射无线电波的非无线电发射设备的管理， 特别是像宽带电力线通信这 类辐射无线电波的非无线电发射设备的管理，是无线电管理部门需要考虑的问题。 在信息化社会里， 无线电频谱作为一种重要的资源， 它的作用日益重要。 无线电业

务已经普及到社会生活的方方面面， 各行各业对无线频谱的依赖性越来越强。 随着技术的不

断发展， 各类电子设备等非无线电通信设备广泛应用于社会生活当中， 其产生的电磁辐射是

无线电通信业务的潜在干扰源。 由于这类干扰日益增多， 对管理提出了新的挑战。 目前对这

类干扰查处的主要依据是 《中华人民共和国无线电管理条例》 第六章和第八章对非无线电设

备的无线电波辐射的规定，但力度不够。 对于这些问题， 建议在制度方面出台一些具体的规章制度， 以便处理问题时有章可

循，有法可依。 在技术方面应逐步加强对该类设备检测监测技术的研究， 在管理方面须加强

与不同部门的沟通和协调，实现对这类产品生产、销售使用的有效监管。

5 结束语 宽带电力线通信的载波频段与其他无线电通信业务共用， 而且电力线是一种非屏蔽的通 信线路， 因此宽带电力线通信在实际工作中不可避免地存在电磁干扰的问题。 随着通信

技术的发展、 新的调制方式和组网技术的出现， 电磁干扰问题将会不断得到改善。 基于这种

情况，无线电管理者应该坚持科学的态度，既要保证现有的重要无线电业务不要受到干扰， 同时要为新技术的发展留出空间，使新旧技术在同一片天空下和谐发展。 参考文献 [1] 侯华俊 吴斌 黑勇宽带电力线信道研究及建模《电子测量技术》 2009 年 第 4 期 [2] 姚琦 祝陈 边建钢宽带电力线通信的电磁兼容问题研究 《民营科技》 2009 年 第 3 期 [3] 蒋伟 杨俊杰 初凤红宽带电力线通信技术及前景展望《光通信研究》 2009 年 第 2 期 [4] 李常茗 李承恕 一种异构无线通信系统垂直切换分析方法《铁道学报》 2009 年 第 5 期

Broadband Powerline Communication on the impact of

wireless communications Zong Qing Fu, Qi Gang 1 China University of Mining Department of Computer Science, Jiangsu, Xuzhou (221008) 2 China University of Mining Department of Computer Science, Jiangsu, Xuzhou (221008) Abstract: With the Internet technology and market application of the rapid development of a variety of broadband access methods have emerged, using power lines for high-speed data transfer technology has also made significant progress. Higher rates of broadband powerline equipment, such as 45 Mbit / s, 85 Mbit / s, 200 Mbit / s rate products such as one after another, the use of power line broadband access has become a unique way, but the power line communication systems (PLC system) electromagnetic compatibility problems caused by PLC to become the biggest obstacle to the market. In this paper, to explore this issue, please Zhijiao shortcomings. Key words : wireless communication; network; power line; Broadband Access