高速電力線通信電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究動(dòng)態(tài)

1前言

近年來(lái)，電力線通信技術(shù)發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入初步應(yīng)用階段。PLC系統(tǒng)充分利用電力系統(tǒng)的廣泛線路資源，通過(guò)OFDM等技術(shù)可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸數(shù)據(jù)。但是由于電網(wǎng)中傳輸?shù)氖菑?qiáng)電，而且電網(wǎng)的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的通信網(wǎng)差得多，使得電力線通信線路的電磁環(huán)境極為復(fù)雜。這就給電力線通信系統(tǒng)提出了更高的電磁兼容要求，電磁兼容技術(shù)也成了實(shí)現(xiàn)電力線通信所需的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2各國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)PLC的研究情況在世界范圍內(nèi)，IEC的CISPR/I分會(huì)以及ITU－T等國(guó)際組織對(duì)PLC的電磁兼容相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做了大量研究并討論了相應(yīng)技術(shù)要求。歐洲從2000年起開(kāi)始研究PLC系統(tǒng)的技術(shù)框架和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。主要相關(guān)的國(guó)際組織有CENELEC和ETSI，前者側(cè)重電磁兼容問(wèn)題，后者側(cè)重通信技術(shù)方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2.1IEC/CISPRI分會(huì)PLC設(shè)備屬于信息技術(shù)設(shè)備，應(yīng)符合IEC/CISPR22《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電干擾限值和測(cè)量方法》的要求。但是由于PLC設(shè)備非凡的工作模式，其傳導(dǎo)干擾無(wú)法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。在2002年的IEC會(huì)議上曾有代表建議對(duì)CISPR22進(jìn)行針對(duì)PLC的修改，增加一個(gè)專門(mén)針對(duì)PLC設(shè)備的“多用途端口”，其定義為：連接到低壓分布式網(wǎng)絡(luò)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸和通信，結(jié)合了電信端口和電源端口功能的端口。對(duì)于PLC設(shè)備，該文件建議要求它的傳導(dǎo)干擾既滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電源端口的限值，也滿足電信端口的限值。這樣多用途端口的干擾測(cè)試就要進(jìn)行兩次：作為電源端口，用通常的V型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，要求滿足CISPR22中表1和表2的限值。作為電信端口，用新型的T型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，要求滿足CISPR22中表3和表4的限值。這種測(cè)試方法基于以下原理：消費(fèi)類產(chǎn)品的電源是非對(duì)稱干擾源，它所產(chǎn)生的干擾用V型網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行測(cè)試是非常合適的。

與之相反，采用共模信號(hào)進(jìn)行通信的電信端口，它所產(chǎn)生的干擾要比差模信號(hào)所產(chǎn)生的干擾小得多。T型網(wǎng)絡(luò)很適合用于共模干擾的測(cè)量，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)參數(shù)可以提供從差模信號(hào)到共模信號(hào)轉(zhuǎn)換所需要的縱向轉(zhuǎn)換損耗。針對(duì)以上的理論，該文件建議對(duì)CISPR22進(jìn)行較大的修改，增加大量有關(guān)多用途端口的內(nèi)容，以及相關(guān)的測(cè)試設(shè)備要求、試驗(yàn)布置要求和測(cè)試方法等。但是，這項(xiàng)建議沒(méi)能獲得最終的通過(guò)。參加會(huì)議的各個(gè)會(huì)員對(duì)這項(xiàng)建議的意見(jiàn)分歧很大，主要有：一部分CISPR會(huì)員認(rèn)為PLC的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)該轉(zhuǎn)由CISPR/A分會(huì)負(fù)責(zé)，一部分會(huì)員對(duì)此表示反對(duì)，認(rèn)為PLC的研究還是應(yīng)該留在I分會(huì)中。有些會(huì)員對(duì)CISPR/I/44/CD提出的測(cè)試方法能否徹底避免PLC設(shè)備對(duì)其他設(shè)備造成的不良影響表示懷疑。有些會(huì)員認(rèn)為這一測(cè)試方法違反了CISPR22中“被測(cè)設(shè)備應(yīng)該工作在最大發(fā)射狀態(tài)下”的原則。有些會(huì)員認(rèn)為世界各地的電網(wǎng)狀況不盡相同，確定一個(gè)合適的LCL值是很困難的。隨后，在2005年的CISPR會(huì)議上，CISPR/I成立了一個(gè)非凡工作組來(lái)負(fù)責(zé)PLC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作。該工作組將負(fù)責(zé)繼續(xù)研究對(duì)CISPR22的相關(guān)修改，包括定義、限值、測(cè)試條件和測(cè)試方法等內(nèi)容。
非凡組共預(yù)備發(fā)表7份相關(guān)技術(shù)文件。2006年3月該組織發(fā)表了第一份文件，介紹安裝PLT設(shè)備的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。主要闡述如下內(nèi)容：

1、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，尤其是低壓電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)PLT系統(tǒng)工作時(shí)，接入終端的傳輸信道就是低壓電力線。對(duì)于既有電力線不可能為了PLT系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造，因此必須充分了解低壓電力線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，非凡是農(nóng)村、市區(qū)，居住環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、辦公環(huán)境的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。才能進(jìn)行PLT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2、PLT接入關(guān)鍵設(shè)備EMC特性：電網(wǎng)接入設(shè)備是PLT系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵之一。由于傳統(tǒng)高壓、中壓、低壓電網(wǎng)都是針對(duì)工頻電力信號(hào)設(shè)計(jì)，所有設(shè)備的高頻特性研究是十分艱巨的。非凡是低壓電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的各種高頻騷擾有可能直接通過(guò)電網(wǎng)與PLT通信信號(hào)相互疊加，影響PLC網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。其他技術(shù)文件會(huì)陸續(xù)發(fā)表。

2.2ITU－T在ITU-T目前發(fā)布的EMC建議中，電力線通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備應(yīng)符合K.60《電信網(wǎng)絡(luò)電磁干擾限值和測(cè)量方法》的要求。K.60規(guī)定了從9kHz到3GHz頻段通信網(wǎng)絡(luò)的電磁輻射干擾限值，給出了9kHz到400GHz頻段的測(cè)量方法，還提供了在通信網(wǎng)絡(luò)中定位和尋找無(wú)線電干擾源的程序和一些解決干擾的措施。目前ITU-T第五研究組正在加緊研究關(guān)于針對(duì)PLC修訂K.60的問(wèn)題。歐洲EuropeanBroadcastingUnion等機(jī)構(gòu)的代表遞交文稿建議加嚴(yán)K.60的限值，從而防止PLC對(duì)其他廣播和通信業(yè)務(wù)造成干擾，也有代表對(duì)此表示反對(duì)。各國(guó)代表目前正在積極地研究和搜集素材，以便為合理地管制PLC的電磁干擾提供依據(jù)。K.60并沒(méi)有規(guī)定電源端口傳導(dǎo)干擾方面的限值，因此對(duì)于PLC網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，符合K.60要求并不困難，只要在設(shè)計(jì)制造時(shí)適當(dāng)采取控制電磁輻射干擾的措施即可。

2.3CENELECCENELEC的TC205/SC205A/WG10和TC210/SC210A負(fù)責(zé)PLC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)研究工作。其中，SC205A研究物理和MAC層。該工作組的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)考慮接入網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)共存的情況時(shí)，OSI的傳統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)將不能滿足需求。非凡值得關(guān)注的是，CENELEC和ETSI兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織5個(gè)專業(yè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成了電信網(wǎng)絡(luò)EMC標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組。2.4ETSIETSI專門(mén)成立了PLC研究工作組EPPLC，從2000年開(kāi)始陸續(xù)公開(kāi)了兩個(gè)PLC技術(shù)規(guī)范和9個(gè)技術(shù)報(bào)告。EPPLC主要致力于制定PLC產(chǎn)品和系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，已列入ETSI工作計(jì)劃且與電磁兼容相關(guān)的共有如下幾項(xiàng)：TR102258LCL回顧與統(tǒng)計(jì)分析；TR102259EMI回顧與統(tǒng)計(jì)分析；TR102270基本低壓分布網(wǎng)絡(luò)測(cè)量數(shù)據(jù)；TR102324電力線通信系統(tǒng)輻射發(fā)射特性與測(cè)量方法技術(shù)水平；TR1023703MHz～100MHzLVDN基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。

3各國(guó)對(duì)PLC標(biāo)準(zhǔn)的研究

目前定義了1～30MHz范圍內(nèi)電信網(wǎng)絡(luò)輻射干擾限值的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共有4個(gè)：德國(guó)的NB30、英國(guó)的MPTl570、美國(guó)的FCCPart15以及國(guó)際電信聯(lián)盟于2003年7月推出的ITU-TK.60。其中，由各個(gè)國(guó)家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下。

3.1美國(guó)FCC

高速PLC系統(tǒng)符合FCCpart15定義的載波電流系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)通過(guò)電力線以傳導(dǎo)的方式傳輸信號(hào)，可認(rèn)為是無(wú)意發(fā)射源，因此47CFR§15.205的要求對(duì)PLC不適用。

通常來(lái)講滿足輻射限值的系統(tǒng)可以保護(hù)正常工作的系統(tǒng)不受干擾。但是FCC不僅僅強(qiáng)調(diào)輻射限值的制定，考慮到不同的測(cè)量方法和測(cè)量過(guò)程存在測(cè)量不確定度，F(xiàn)CC認(rèn)為一致性檢驗(yàn)過(guò)程的制定也同樣重要。FCCpart15規(guī)定的PLC輻射限值見(jiàn)表1。

表1FCCpart15規(guī)定的PLC輻射限值

用途頻率（MHz）場(chǎng)強(qiáng)

（dBµV/m）

測(cè)量距離
（m）

測(cè)量帶寬（kHz）檢波器載波電流系統(tǒng)1.705-30.029.5309Quasi-peakClassA30-8839.110120Quasi-peakClassB30-88403120Quasi-peak

3.2德國(guó)RegTP

德國(guó)RegTP（TheRegulatingAdministrationforTelecommunicationsandPostsofGermany）于1999年1月制定了NB30標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了9kHz～3GHz通信系統(tǒng)輻射干擾限值，包括有線電視、xDSL、PLC等系統(tǒng)。NB30標(biāo)準(zhǔn)的輻射限值見(jiàn)表2。

表2德國(guó)NB30標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輻射限值

頻率范圍（MHz）場(chǎng)強(qiáng)（dBµV/m）測(cè)量距離（ｍ）測(cè)量帶寬檢波器>1～3040–8.8lg10f（MHz）39kHzPeak>30～1000273待定Peak

3.3英國(guó)

英國(guó)于2003年1月針對(duì)PLC系統(tǒng)制定了MPT1570規(guī)范，規(guī)定了9kHz～1.6MHz磁場(chǎng)輻射限值，見(jiàn)表3。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用滿足IECCISPR16-1的環(huán)天線和接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量。主要目的是保護(hù)廣泛使用的廣播接收機(jī)。

表3英國(guó)MPT1570規(guī)范規(guī)定的輻射限值

頻率范圍場(chǎng)強(qiáng)（dBµA/m）測(cè)量距離（ｍ）測(cè)量帶寬檢波器9～150kHz49-20lgf（kHz）3200HzPeak150kHz～1.6MHz-1.5-20lgf（MHz）19kHzPeak

3.4.其他國(guó)家技術(shù)要求

澳大利亞ACA不對(duì)525kHz以上頻段進(jìn)行要求奧地利政府部門(mén)已經(jīng)停止PLC試驗(yàn)計(jì)劃，結(jié)論表明PLC在2～30MHz時(shí)引起的干擾不能減小到可接受的程度芬蘭FICORA年報(bào)根據(jù)測(cè)量結(jié)果，決定只有在PLC技術(shù)解決干擾和安全問(wèn)題后才能商用。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前，采用NB30限值日本MPHPT決定不給PLC系統(tǒng)增配許可頻率。建議繼續(xù)進(jìn)行研究如何減小干擾問(wèn)題

由于FCC對(duì)PLC輻射限值制定較松，從而使PLC系統(tǒng)在美國(guó)得到迅速發(fā)展；歐盟一些國(guó)家持謹(jǐn)慎發(fā)展態(tài)度，歐洲各國(guó)正在等待歐盟標(biāo)準(zhǔn)的最終制定；BBC等傳統(tǒng)廣播通信系統(tǒng)出于自我保護(hù)的考慮，對(duì)PLC系統(tǒng)提出較苛刻的限制要求。

4結(jié)論

PLC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作至今仍在緩步進(jìn)行，對(duì)傳導(dǎo)干擾進(jìn)行定義及限值制定等問(wèn)題至今很難達(dá)成一致熟悉，但是作為一種資源廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，電力線通信的市場(chǎng)需求仍然存在，只有各方共同努力，才能使PLC系統(tǒng)更好地服務(wù)于廣大用戶。