电力线通信技术的电磁兼容问题和测量方法

1 PLC技术简介

电力线通信技术即PLC技术，是英文Power LineCommunication的简称，现在代表着一种新兴的技术——“电力线上网”，它是利用电力线载波通信技术和电力线的入户功能来实现多媒体数据的网络化传输。这种方式从传输媒质上来讲，与电话线上网并没有区别，都是利用金属导线作为传输媒质，不同的只是两者所采用的传输频率不同(PLC一般为1.7～30 MHz)。理论上电力线作为通信线路的通信速度，根据不同的频率可达每秒3兆比特或10兆比特，与光纤大致相同。用户只需要添加一个特制的调制解调器就可以与网络连接。

PLC技术做为长距离调度的通信手段，早已有之。它以电力线路为传输通道，具有通道可靠性高、投资少见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点。

2 PLC技术的辐射干扰问题

电力线相当于天线，它一方面将产生的电磁波向外辐射，另一方面吸收来自外界的电磁波。PLC使用2～30 MHz的频带传输数据时，可能会对该频段的短波无线电广播、业余爱好者无线电台以及其它电信设备的正常工作产生影响。在电力线调制解调器工作时，电力线通信设备和电力线会产生泄漏电波，这些泄漏电波将变成无线通信中的噪音，有可能会对无线通信造成干扰，但是电力线辐射电磁波的能力远远没有电力线通信设备辐射电磁波的能力大，且无线通讯应用的频带比较窄，所以影响的程度不大。泄漏的电磁波对于有线通信来说，经过调制接收到的是类似于白噪声的干扰，会使设备间通信的误码率提高，信噪比升高，影响通信质量。在10 m的距离上、用9 kHz的带宽测量其电磁辐射，频率在10 MHz以下时达到66 dBμV/m，在100～200 m范围内，它会干扰无线电通信和电子设备。但是，当频率到达10 MHz以上时，电磁波随距离增加衰减加剧，通过电力线传输宽带信号造成的辐射影响迅速下降。电力线通信设备此时会对其周围电子设备的工作造成严重影响。

为了避免这种干扰，各国制定了相应的一些标准和规范。英国的MPT 1570、德国的NB30是专门针对高速PLC通信制定的法规，加上美国的通用电磁兼容标准FCC Part 15，实际上高速PLC现有三个电磁兼容标准。三个标准中，FCC Part 15最为宽松，NB 30次之，MPT 1570最严格。这些标准或规范规定的限值要求见图1。

主管信息通信产业的日本总务省，已开发利用电力线作为通信网络线路的技术，以促进社会信息化的发展总务省据此制定一项法令，从2002年起准许使用电力线作通信网络的线路，同时还准备在年内开发可供家用电脑等使用的万能插口等装置。日本60家有关企业设立了联合机构“电力线载波通信设备开发部”，研究用输电线做通信线路的技术。将来只要把电脑的电源插头插入插座，即可接入互联网。目前，在日本互联网主要是通过电信线路连接电脑。新设立的联合研究机构将研究使电力线发挥通信线路作用的技术。

德国联邦议院议会上院新近通过一项议案，批准使用能使互联网信息通过电力线和墙上电源插座传输的技术。联邦议会投票通过的这项议案为今后在广播波段范围内通过电力线上网铺平了道路。议案还同意，在2010年电视信号、2015年标准无线电的传输分别完全实现数字化的时候，它们的波段也将接入互联网业务。

德国联邦参议院和联邦通信与邮政管理局颁布了“电网在线”条例，在为PLC提供法律保障的同时也对辐射问题规定了具体指标。
据了解，德国多特蒙德大学的研究表明，在64台计算机同时使用五类双绞线上网时，产生的电磁辐射都已经超过了NB 30标准的限值，见图2所示。由此可见，该标准限值的设定不是十分科学。

通过和美国的FCC part 15比较，德国规定的缺点是明显的。例如，在2 MHz左右，美国限值比德国的建议限值高30 dB，这就意味着传送功率高1 000倍或者可能的数据传输速率大约高10倍。与美国相比，目前德国的限值已经成为PLC系统发展的严重障碍。一些国际组织如PLC论坛正在致力于推翻该标准。

英国的情况更糟，因为其建议的限值更低，一般比德国的NB 30低20 dB左右，这大体上相当于将可能的传输速率降低到60%左右。在这种环境下，不能指望电力公司对PLC技术进行投资。此外，从技术方面考虑，这样低的限值也有很大的问题，通常有线电视、计算机网络、甚至电话线的电磁辐射都会超过这些限值。

3 PLC的传导骚扰测量方法在CISPR 22中，电源端口和电信端口都要求测量。

但是PLC调制解调器仅仅采用了一个端口就完成了供电和通信的功能。因此，我们可以把这种端口定义为多用途端口。测量方法基于以下考虑：

（1）用户使用的供电电源是非平衡的骚扰源，因此采用V型网络（A M N）来衡量干扰程度是合理的。

（2）对于电信设备而言，引起辐射的共模对称信号远远小于差模信号。采用T-ISN来测量差模信号，并根据适当的网络性能的非平衡（LCL）典型值来增加差模到共模的转换。

3.1限值应用

限值同时采用电源端口和电信端口的限值。多用途端口应当测量2次，如下所述：通信功能不激活，采用AMN测量，并符合电源端口的限值要求；通信功能激活，采用T-ISN测量，并符合电信端口的限值要求。

测量应当同时满足平均值和准峰值的要求。通信功能测量时，应当满足电压限值或电流限值的要求。如果测量读数靠近限值，那么在每个频率点的测量时间不少于15 s。

3.2测量方法

应当忽略AE（辅助设备）对EUT电源端口骚扰电平的贡献。因此，电力线终端适配器或PLC网络模拟传输应当调整到使EUT电力线传输功能正常所需要的最小电平。应当按正常使用方式，将EUT搭接到金属参考接地平板或是绝缘。

EUT的不用于P L C的电源端口不按上述要求进行测量，但是应当满足相关电源端口的限值要求。总的说来，T-ISN应当在电源电压上端接。出于对操作人员安全的考虑，应当有良好的绝缘或其它可接受的方法。

3.3应用T-ISN测量步骤

T-ISN的电路如图3所示。
测量布置见图4所示，将T-ISN直接与参考接地平板相连。
如果采用电压测量，就直接在T-ISN的端口测量，但是读数需要根据T-ISN的分压系数进行修正。
如果采用电流测量，就使用电流探头直接测量，并与电流限值直接比较。

为了确保电源供电端口在任何测量频率上的无用信号不会影响测量，可能需要在T-ISN和AE之间插入一个低通滤波器。该滤波器在150 kHz～30 MHz频率范围内对差模和共模电压的衰减推荐值至少为40 dB。当滤波器插入时，应当满足以下所规定的阻抗要求。滤波器的所有元件应当封装在金属屏蔽壳内，而且该屏蔽外壳应当直接与参考接地平板相连。

在1.6～30 MHz频率范围内的RF低通滤波器与T-ISN或与AE的差模阻抗，应当至少比EUT发射模式或AE接收模式下的差模阻抗大20倍。

T-ISN应当具有以下特性：

（1）在150 kHz～30 MHz频率范围内的共模端接阻抗应当为150?±20?，相位为0～20。

（2）T-ISN应当对AE的骚扰提供足够的隔离。T-ISN对来自AE的共模电压或电流的骚扰衰减应当低于测量骚扰限值10 dB以下。
所要求的隔离度至少为：
在150 kHz～1.5 MHz频率范围内大于35～55 dB，随频率对数线性增加。
在1.5～30 MHz频率范围内大于55 dB。注：隔离是指T-ISN对来自AE共模骚扰的衰减。

（3）在该频率范围内，T-ISN的LCL为36 dB±3 dB。注：1）上述频率的LCL值是安装在典型环境的典型电源网络的相线和中线之间的近似典型值。这个规定还在继续研究中，可能在以后会修订。 2）LCL的定义是基于ITU-T建议G.117:1996。

（4）由于T-ISN的插入，可能会造成在有用信号频段内的信号衰减失真或信号质量的其它劣化。但是这些情况不应当影响EUT的正常运行。