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低压电力线载波信道特性分析
摘要：分别从时变性、衰减特性、干扰噪声、相移特性等四个方面论述了低
压电力线的传输特性，并给出了相应的参考数据。
关键词：低压电力线；传输特性；通信
目前，大部分建筑物内的防火、防盗、空调等系统都是基于双绞线、同轴电
缆或光缆等物理媒介进行通信的。这些通信线路，虽然通信容量较大，但造价高、
维护难，尤其对老建筑物的改造更加不易。相反我们知道，只要有建筑物就会有
电力线，利用电力线载波通信可以人大地减少投资和对线路的维护成本。
然而，要在干扰严重的低压电力线上实现可靠的数据通信并非易事。如何选
择调制解调人式及采用何种通信协议，应建立在对低压电力线信道特性了解的基
础之上。这方面的研究及相关论文，目前国内还较少。本文参考了国外最新研究
资料，结合我们工作中的实际经验来作介绍。
总的来说，低压电力线载波信道的传输特性的特点是：具有时变性，衰减较
大（尤其是电力负载为害性时，对载波通信信号近似短路），各种干扰噪声复杂。
1 时变性
对于一般的居民用户，我国采用的是220 V交流两线供电。由于电网上负载的
不断接人、切出，马达的停止、启动，电器有开有关等各种随机事件，使表现出
来的信道特性具有很强的时变性。低压电力线在1S内可对某一频率信号的衰减变
化达到20dB，因此不能利用简单的电压检测方法来确定线路信号。同时，在1S内
信噪比的变化也可达到10dB左右。
2 衰减特性
低压电力线一般由锔或其它电的良导体加工而成，其本身的阻抗很小（视导
线的电导率和截面积不同而不同）。对不同频率的信号，其阻抗略有变化且相对
稳定。因此，电力线本身的阻抗并不是产生衰减的主要原因。
显然，电力线上井朕着的许多负载对信号衰落影响很大。尤其是那些用于调
整电网功率团数的大电容，对几百kHz的载波通信信号来说，相当于短路。另外，
当负载很小时，发送耦合电路的内阻也不可忽视，它会分去相当一部分的功率。
可见，信号衰减由两部分组成：一是耦合衰减；二是线路衰减。理论上，我
们可以将耦合器的内阻做得相当小，这样衰减就主要决定干线路的衰减。实验表
明，信号的衰减是距离的函数，一般为40～100 dB/Km。在农村的衰减最大，500m
就达到50dB；在城市，250m大约20dB；在郊区，250m亦能达到25dB；但在工业区
衰减较小，750m长的线路仅为30dB。
3 干扰噪声
对于低压电力网的干扰特性，人们分别对不同的地域（城市、工业区、乡村）
作了大量试验，结论是可以用带加性干扰噪声的时变线性滤波电路作为低压电力
线的基本参考模型。
在参考文献中，作者认为室内电力线的噪声可分为背景噪声和脉冲干扰，并
且在10kHz～100MHz的频率内，噪声功率谱密度以29dB／decade幅度衰减。各种
干扰噪声主要来源于4个方面：（1）可控硅（SCR）器件和一些电源电路产生的
60 Hz的倍频谐波（注：美国电力线频率为60Hz）；（2）由负载和电网不同步而
产生的具有平滑功率谱的干扰，如普通电动机产生的干扰；（3）开关电子设备
产生的单脉冲噪声;（4）非同步周期的噪声，如电视机的15.73土地的行扫描频
率。
背景噪声是典型离散高斯型的，它对通信系统的影响很好理解。其余就是脉
冲噪声，它对通信系统有着重要的影响，可以产生突发性干扰引起瞬间的高误码
率。研究表明：（1）脉冲噪声的强度一一一般比背景噪声高10dB，有时可达40dB，
这种干扰与干扰源至接收器的距离有关。（2）主要的脉冲干扰频率为120Hz，且
和60比电源电压的正或负半周期同步。（3）脉冲宽度约有百分之几的变化120Hz
脉冲噪声）。（4）脉冲的宽度和间隔时间与脉冲幅度有关，一般幅度增加时脉宽
减少。（5）干扰噪声和信号一样都会衰减的，尤其在衰减较大时，靠近接收机的
噪声源影响最大。（6）有的噪声源增加了背景噪声的功率，有的增加了脉冲噪声
的功率，有的都增加了。
对于室外电力线的传输特性，人们也作了研究，并且仍以带干扰的时变线性
滤波模型来描述电力线的特性。在参考文献将干扰分为4种类型：A型是具有平滑
功率谱的背景噪声，这种类型噪声的功率谱密度是频率的减函数。
其中K和时间及发送接收的位置有关，在白天，K一般数秒到数分钟保持不变，
夜晚甚至可达数小时不变。B型为单脉冲噪声，由开关操作引起，一般持续时间远
小于12.5ms；98%以上的这种干扰脉冲和人们的活动关系很大，白天脉冲干扰相对
多得多，尤其在7：00～9:00 h和19:00～0:00 h时。C型为与电网频率同步的噪声，
主要由可控硅（SCR）器件产生；在60～95 kHz的频率段内，其功率谱密度大约为
一70dBW/KHz。D型为和电网频率无关的窄带干扰，主要由其它电器辐射引起，测
量表明，其功率密度一般为一60～90dBw/khz。
4 相移特性
文献中就电力线传输信号对相位的影响也作了测量，结果表明，通过250m的
电力线，正弦波的相移小于土10。
以上参考国外的最新资料介绍了低压电力线的传输特性。由于我国电器上网
的电磁兼容性没有欧美控制得严格，因此我国电力网的干扰要比欧美严重得多，
电力线的通信环境也更加恶劣。这对我国从事低压电力线通信技术研究的工作者
来说，提出了更加严峻的挑战。
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