高速電力線通信電磁兼容技術(shù)標準的研究動態(tài)

1 前言

　　近年來，電力線通信（Power Line Communications，PLC）技術(shù)發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)進入初步應(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OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用）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)氖菑婋姡�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)也成了實現(xiàn)電力線通信所需的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 各國際標準化組織對PLC的研究情況

　　在世界范圍內(nèi)，IEC的CISPR/I分會以及ITU－T等國際組織對PLC的電磁兼容相關(guān)標準做了大量研究并討論了相應(yīng)技術(shù)要求。歐洲從2000年起開始研究PLC系統(tǒng)的技術(shù)框架和技術(shù)標準，目前已經(jīng)取得了一定的進展。主要相關(guān)的國際組織有CENELEC和ETSI，前者側(cè)重電磁兼容問題，后者側(cè)重通信技術(shù)方面的統(tǒng)一標準。

　　2.1 IEC/CISPR I分會

　　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)備的無線電干擾限值和測量方法》的要求。但是由于PLC設(shè)備特殊的工作模式，其傳導(dǎo)干擾無法滿足現(xiàn)行標準的要求。在2002年的IEC會議上曾有代表建議對CISPR22進行針對PLC的修改（會議文件編號：CISPR/I/44/CD），增加一個專門針對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)，支持數(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)有標準電源端口的限值，也滿足電信端口的限值。這樣多用途端口的干擾測試就要進行兩次：

　　（1）作為電源端口（關(guān)閉它的通信功能），用通常的V型網(wǎng)絡(luò)（AMN）進行測試，要求滿足CISPR22中表1和表2的限值。

　　（2）作為電信端口，用新型的T型網(wǎng)絡(luò)進行測試，要求滿足CISPR22中表3和表4的限值。

　　這種測試方法基于以下原理：

　　（1）消費類產(chǎn)品的電源是非對稱干擾源，它所產(chǎn)生的干擾用V型網(wǎng)絡(luò)（AMN）來進行測試是非常合適的。

　　（2）與之相反，采用共模信號進行通信的電信端口，它所產(chǎn)生的干擾要比差模信號所產(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量，因為適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)參數(shù)可以提供從差模信號到共模信號轉(zhuǎn)換所需要的縱向轉(zhuǎn)換損耗（LCL）。

　　針對以上的理論，該文件建議對CISPR22進行較大的修改，增加大量有關(guān)多用途端口的內(nèi)容，以及相關(guān)的測試設(shè)備要求、試驗布置要求和測試方法等。但是，這項建議沒能獲得最終的通過。參加會議的各個會員對這項建議的意見分歧很大，主要有：

　　（1）一部分CISPR會員認為PLC的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)該轉(zhuǎn)由CISPR/A分會負責，一部分會員對此表示反對，認為PLC的研究還是應(yīng)該留在I分會中。

　　（2）有些會員對CISPR/I/44/CD提出的測試方法能否徹底避免PLC設(shè)備對其他設(shè)備造成的不良影響表示懷疑。

　　（3）有些會員認為這一測試方法違背了CISPR22中“被測設(shè)備應(yīng)該工作在最大發(fā)射狀態(tài)下”的原則。

　　（4）有些會員認為世界各地的電網(wǎng)狀況不盡相同，確定一個合適的LCL值是很困難的。

　　隨后，在2005年的CISPR會議上，CISPR/I成立了一個特別工作組（PLT TASK FORCE）來負責PLC相關(guān)標準的研究工作。該工作組將負責繼續(xù)研究對CISPR22的相關(guān)修改，包括定義、限值、測試條件和測試方法等內(nèi)容。特別組共準備發(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)拓撲結(jié)構(gòu)，尤其是低壓電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。 當PLT系統(tǒng)工作時，接入終端的傳輸信道就是低壓電力線。對于既有電力線不可能為了PLT系統(tǒng)進行大規(guī)模改造，因此必須充分了解低壓電力線拓撲結(jié)構(gòu)，特別是農(nóng)村、市區(qū)，居住環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、辦公環(huán)境的拓撲結(jié)構(gòu)。才能進行PLT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計。

　　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)都是針對工頻電力信號設(shè)計，所有設(shè)備的高頻特性研究是十分艱巨的。特別是低壓電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的各種高頻騷擾有可能直接通過電網(wǎng)與PLT通信信號相互疊加,影響PLC網(wǎng)絡(luò)運行。

　　其他技術(shù)文件會陸續(xù)發(fā)表。

　　2.2 ITU－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頻段的測量方法，還提供了在通信網(wǎng)絡(luò)中定位和尋找無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PLC修訂K.60的問題。歐洲European Broadcasting Union等機構(gòu)的代表遞交文稿建議加嚴K.60的限值，從而防止PLC對其他廣播和通信業(yè)務(wù)造成干擾，也有代表對此表示反對。各國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并沒有規(guī)定電源端口傳導(dǎo)干擾方面的限值，因此對于PLC網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，符合K.60要求并不困難，只要在設(shè)計制造時適當采取控制電磁輻射干擾的措施即可。轉(zhuǎn)　　2.3 CENELEC

　　CENELEC的TC205/SC205A/WG10（家用及建筑物電子系統(tǒng)技術(shù)委員會/電源信號產(chǎn)品標準分委員會/高頻發(fā)射與抗干擾工作組）和TC210/SC210A（通用EMC標準技術(shù)委員會/信息技術(shù)設(shè)備EMC標準分委員會）負責PLC電磁兼容標準研究工作。其中，SC205A研究物理和MAC層。該工作組的研究發(fā)現(xiàn)，當考慮接入網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)共存的情況時，OSI的傳統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)將不能滿足需求。

　　特別值得關(guān)注的是，CENELEC和ETSI兩個標準化組織5個專業(yè)機構(gòu)聯(lián)合組成了電信網(wǎng)絡(luò)EMC標準聯(lián)合工作組（CLC/ETSI JWG）。

　　2.4 ETSI

　　ETSI專門成立了PLC研究工作組EP PLC，從2000年開始陸續(xù)公開了兩個PLC技術(shù)規(guī)范和9個技術(shù)報告。EP PLC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工作計劃且與電磁兼容相關(guān)的共有如下幾項：

　　TR 102 258（2003-09）LCL回顧與統(tǒng)計分析；

　　TR 102 259（2003-09）EMI回顧與統(tǒng)計分析；

　　TR 102 270（2003-12）基本低壓分布網(wǎng)絡(luò)（LVDN）測量數(shù)據(jù)；

　　TR 102 324（2004-05）電力線通信系統(tǒng)輻射發(fā)射特性與測量方法技術(shù)水平；

　　TR 102 370（2004-11）3MHz～100MHz LVDN 基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)。
　
3   各國對PLC標準的研究

　　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)標準共有4個：德國的NB30、英國的MPTl570、美國的FCC Part15以及國際電信聯(lián)盟于2003年7月推出的ITU-T K.60。其中，由各個國家制定的相關(guān)標準如下。

　　3.1 美國FCC

　　高速PLC系統(tǒng)符合FCC part 15 定義的載波電流系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)通過電力線以傳導(dǎo)的方式傳輸信號，可認為是無意發(fā)射源，因此47CFR§15.205的要求對PLC不適用。

　　通常來講滿足輻射限值的系統(tǒng)可以保護正常工作的系統(tǒng)不受干擾。但是FCC不僅僅強調(diào)輻射限值的制定，考慮到不同的測量方法和測量過程存在測量不確定度， FCC認為一致性檢驗過程的制定也同樣重要。FCC part15規(guī)定的PLC輻射限值見表1。

表1  FCC part15規(guī)定的 PLC輻射限值

用途  頻率(MHz)  場強
(dBµV/m)
 測量距離
(m)
 測量帶寬 (kHz)  檢波器 
載波電流系統(tǒng)  1.705-30.0  29.5  30  9  Quasi-peak 
Class A  30-88  39.1  10  120  Quasi-peak 
Class B  30-88  40  3  120  Quasi-peak 
　

　　3.2  德國RegTP

　　德國RegTP(The Regulating Administration for Telecommunications and Posts of Germany)于1999年1月制定了NB30標準。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標準的輻射限值見表2。

表2  德國NB30標準規(guī)定的輻射限值

頻率范圍(MHz)  場強 (dBµV/m)  測量距離 (ｍ)  測量帶寬  檢波器 
>1 ～ 30  40 – 8.8 * lg10f (MHz)  3  9 kHz  Peak 
>30 ～ 1000  27  3  待定  Peak 
　

　　3.3  英國

　　英國于2003年1月針對PLC系統(tǒng)制定了MPT1570規(guī)范，規(guī)定了9kHz～1.6MHz磁場輻射限值，見表3。該標準規(guī)定使用滿足IEC CISPR16-1的環(huán)天線和接收機進行測量。主要目的是保護廣泛使用的廣播接收機。

表3  英國MPT1570規(guī)范規(guī)定的輻射限值

頻率范圍  場強 (dBµA/m)  測量距離 (ｍ)  測量帶寬  檢波器 
9～150kHz  49-20lgf(kHz)  3  200 Hz  Peak 
150kHz～1.6MHz  -1.5-20lgf(MHz)  1  9 kHz  Peak 
　

　　3.4.其他國家技術(shù)要求

　　部分其他國家技術(shù)要求見表4。

表4  部分其他國家技術(shù)要求

澳大利亞  ACA不對525 kHz以上頻段進行要求 
奧地利  政府部門已經(jīng)停止PLC試驗計劃,結(jié)論表明PLC在2～30 MHz時引起的干擾不能減小到可接受的程度 
芬蘭  FICORA年報（2001）根據(jù)測量結(jié)果，決定只有在PLC技術(shù)解決干擾和安全問題后才能商用。在歐洲標準出臺前，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)進行研究如何減小干擾問題 
　

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

4   結(jié)論

　　PLC技術(shù)的標準化工作至今仍在緩步進行，對傳導(dǎo)干擾進行定義及限值制定等問題至今很難達成一致認識，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。