寬帶載波與窄帶載波的對比

寬帶載波與窄帶載波的

對比

文稿歸稿存檔編號：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

電力線載波通信(PLC)是一種使用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，

即利用現(xiàn)有電網(wǎng)作為信號的傳輸介質(zhì)，使電網(wǎng)在傳輸電力的同時可以進(jìn)

行數(shù)據(jù)傳輸。目前根據(jù)所用頻段的不同，低壓電力線載波通信一般分為

窄帶電力線載波通信(10kHz~500KHz)和寬帶電力線載波通信

(2MHz~20MHz)，但由于低壓電力線信道的特殊性和復(fù)雜性，寬帶/窄帶低

壓電力線載波通信系統(tǒng)實際應(yīng)用的效果對比出現(xiàn)比較模糊的狀態(tài)，而對

比一般主要集中在通信速率，噪聲干擾和通信距離幾個方面。

(1)

通信速率問題。Shannon定理指出，在高斯白噪聲干擾條件

下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率(或稱信道容量)為：

要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，則要求增加信道容量。增加信道容量

的方法可以通過增加傳輸信號帶寬B，或增加信噪比S/N來實現(xiàn)。其中B

與C成正比，而C與S/N呈對數(shù)關(guān)系，因此，增加B比增加S/N更有

效。當(dāng)B增加到一定程度后，信道容量C不可能無限的增加。信道容量C

與信號帶寬B成正比，增加B，勢必會增加C，但當(dāng)B增加到一定程度

后，C增加緩慢。這是由于隨著B的增加，噪聲功率N=n0B也要增加，從

而信噪比S/N要下降，最終影響到C的增加。

由此可見，在信號功率S和噪聲功率譜密度n0一定時，信道容量C

是有限的，即極限傳輸速率Rmax是有限的。

(2)

噪聲干擾問題。低壓電力線噪聲普遍存在低頻區(qū)域的噪聲幅

度較高，而隨著頻率的升高，噪聲幅度有降低的趨勢，但頻率繼續(xù)升高

到中頻400kHz以后，降低的趨勢將變緩，即100kHz以下頻率區(qū)域噪聲

幅度有時是400kHz~500kHz頻率區(qū)域噪聲幅度的50~100倍，而

400kHz~500kHz頻率區(qū)域噪聲幅度相對于2MHz~20MHz頻率區(qū)域噪聲幅度

一般只有幾倍，甚至處于同一水平。同時由于各類型電力設(shè)備的工作頻

率覆蓋幾乎全載波通信頻帶(10kHz~20MHz)，即窄帶/寬帶載波通信時均

可能出現(xiàn)相同通信頻率的干擾噪聲，導(dǎo)致實際應(yīng)用通信效果受影響。

(3)

傳輸距離問題。目前窄帶電力線載波通信技術(shù)常用FSK技術(shù)

進(jìn)行模擬信號調(diào)制，但也有窄帶電力線載波通信技術(shù)和寬帶電力線載波

通信技術(shù)均使用了OFDM技術(shù)進(jìn)行模擬信號調(diào)制。FSK技術(shù)在同一時刻時

只有單一頻點信號進(jìn)行傳輸，而OFDM技術(shù)在同一時刻時會有多頻點信號

進(jìn)行傳輸，但目前低壓電力集抄系統(tǒng)中集中器載波模塊/電能表載波模塊

/采集器均有嚴(yán)格的功耗限制，即不管使用哪種載波通信技術(shù)，其通信單

元的功耗是有限制的，則每次載波通信的總能量是有限的，FSK技術(shù)將發(fā)

射功率集中到單點頻率上，OFDM技術(shù)將發(fā)射功率分散到各頻率上，在高

噪聲環(huán)境下，多頻點發(fā)送將降低了點對點的有效通訊距離。

在實際應(yīng)用中，低壓電力線載波通信系統(tǒng)一般需容忍10mW級噪聲干

擾，噪聲功率譜密度n0＝10mW，接收點接收解調(diào)極限最小信號功率S＝

1mW（使用擴(kuò)頻31位通訊技術(shù)）。以每個分岔線桿衰減6倍計算，如果

集中發(fā)射功率為單一頻譜1.5W發(fā)射功率最大可傳輸4個分岔線桿后功率

降為1mW，如果使用6頻點OFDM傳輸，最終傳輸距離將變?yōu)?/span>3個分岔線

桿。所以當(dāng)窄帶電力線載波通信點對點傳輸?shù)囊粋€位置，寬帶電力線載

波通信可能需要一級轉(zhuǎn)發(fā)，即使寬帶電力線載波通信單次載波通信的時

間更短，但完成一次數(shù)據(jù)采集的時間可能是一樣的。

同時，在S＝1mW的情況下，當(dāng)B增加到10k時，S/(n0B)＝0.01，

極限公式已經(jīng)成立，增加帶寬對通訊速率已經(jīng)沒有較大影響。且由于電

力應(yīng)用中的采集對象電能表受串口通信速率的限制，載波系統(tǒng)傳輸速率

的不斷提升也無法提升整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的效率，所以窄帶電力線載波

通信在某些環(huán)境實現(xiàn)一定傳輸速率后，并結(jié)合系統(tǒng)調(diào)度機(jī)制的改進(jìn)，最

終系統(tǒng)級數(shù)據(jù)采集的效率與寬帶電力線載波通信系統(tǒng)接近。

且窄帶電力線載波通信利用的頻段(10kHz~500KHz)已被規(guī)劃為電力

應(yīng)用，而寬帶電力線載波通信利用的頻段(2MHz~20MHz)，普遍被分配給

無線電定位、無線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時間信號、短波無線電廣播、業(yè)

余無線電業(yè)務(wù)、衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務(wù)等。

綜上所述，在電力實際應(yīng)用中，需兼顧業(yè)務(wù)需求、技術(shù)方案的可行

性、成本、功耗等因素，綜合選擇合適的技術(shù)方案。