高速電力線通信電磁兼容技術標準的研究動態(tài)

1 前言

　　近年來，電力線通信（Power Line Communications，PLC）技術發(fā)展非常迅速，現在已經進入初步應用階段。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,正交頻分復用）等技術可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸數據。但是由于電網中傳輸的是強電，而且電網的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的通信網差得多，使得電力線通信線路的電磁環(huán)境極為復雜。這就給電力線通信系統(tǒng)提出了更高的電磁兼容要求，電磁兼容技術也成了實現電力線通信所需的關鍵技術之一。

2 各國際標準化組織對PLC的研究情況

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

　　2.1 IEC/CISPR I分會

　　PLC設備屬于信息技術設備，應符合IEC/CISPR22《信息技術設備的無線電干擾限值和測量方法》的要求。但是由于PLC設備特殊的工作模式，其傳導干擾無法滿足現行標準的要求。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設備的“多用途端口”，其定義為：連接到低壓分布式網絡，支持數據的傳輸和通信，結合了電信端口和電源端口功能的端口。

　　對于PLC設備，該文件建議要求它的傳導干擾既滿足現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（關閉它的通信功能），用通常的V型網絡（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型網絡進行測試，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）消費類產品的電源是非對稱干擾源，它所產生的干擾用V型網絡（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，它所產生的干擾要比差模信號所產生的干擾小得多。T型網絡很適合用于共模干擾的測量，因為適當的網絡參數可以提供從差模信號到共模信號轉換所需要的縱向轉換損耗（LCL）。

　　針對以上的理論，該文件建議對CISPR22進行較大的修改，增加大量有關多用途端口的內容，以及相關的測試設備要求、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的相關內容應該轉由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設備對其他設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“被測設備應該工作在最大發(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相關標準的研究工作。該工作組將負責繼續(xù)研究對CISPR22的相關修改，包括定義、限值、測試條件和測試方法等內容。特別組共準備發(fā)表7份相關技術文件。

　　2006年3月該組織發(fā)表了第一份文件，介紹安裝PLT設備的電網結構。主要闡述如下內容：

　　1、 電網拓撲結構，尤其是低壓電網拓撲結構。 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構，特別是農村、市區(qū)，居住環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、辦公環(huán)境的拓撲結構。才能進行PLT網絡規(guī)劃設計。

　　2、 PLT接入關鍵設備EMC特性：電網接入設備是PLT系統(tǒng)正常運行的關鍵之一。由于傳統(tǒng)高壓、中壓、低壓電網都是針對工頻電力信號設計，所有設備的高頻特性研究是十分艱巨的。特別是低壓電網設備產生的各種高頻騷擾有可能直接通過電網與PLT通信信號相互疊加,影響PLC網絡運行。

　　其他技術文件會陸續(xù)發(fā)表。

　　2.2 ITU－T

　　在ITU-T目前發(fā)布的EMC建議中，電力線通信網絡和設備應符合K.60 《電信網絡電磁干擾限值和測量方法》的要求。K.60規(guī)定了從9kHz到3GHz頻段通信網絡的電磁輻射干擾限值，給出了9kHz到400GHz頻段的測量方法，還提供了在通信網絡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于針對PLC修訂K.60的問題。歐洲European Broadcasting Union等機構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。

　　K.60并沒有規(guī)定電源端口傳導干擾方面的限值，因此對于PLC網絡和設備，符合K.60要求并不困難，只要在設計制造時適當采取控制電磁輻射干擾的措施即可。轉　　2.3 CENELEC

　　CENELEC的TC205/SC205A/WG10（家用及建筑物電子系統(tǒng)技術委員會/電源信號產品標準分委員會/高頻發(fā)射與抗干擾工作組）和TC210/SC210A（通用EMC標準技術委員會/信息技術設備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，當考慮接入網絡和室內網絡共存的情況時，OSI的傳統(tǒng)分層結構將不能滿足需求。

　　特別值得關注的是，CENELEC和ETSI兩個標準化組織5個專業(yè)機構聯合組成了電信網絡EMC標準聯合工作組（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技術規(guī)范和9個技術報告。EP PLC主要致力于制定PLC產品和系統(tǒng)的技術規(guī)范，已列入ETSI工作計劃且與電磁兼容相關的共有如下幾項：

　　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）基本低壓分布網絡（LVDN）測量數據；

　　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水平；

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

　　目前定義了1～30MHz范圍內電信網絡輻射干擾限值的技術標準共有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.其他國家技術要求

　　部分其他國家技術要求見表4。

表4  部分其他國家技術要求

澳大利亞  ACA不對525 kHz以上頻段進行要求 
奧地利  政府部門已經停止PLC試驗計劃,結論表明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）根據測量結果，決定只有在PLC技術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   結論

　　PLC技術的標準化工作至今仍在緩步進行，對傳導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絡技術，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)更好地服務于廣大用戶。