電力線載波通信

PowerLineCarrierCommunication

主講教師：項洪印2022/12/81華北電力大學(xué)1.2載波通信的基本原理

基本概念頻率搬移變頻器三路單向載波傳輸雙向通信的問題和解決方案2022/12/82華北電力大學(xué)基本概念（一）1.復(fù)用時分復(fù)用：把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙頻分復(fù)用：將傳輸頻帶分成多個部分，每一個部分均可作為一個獨立的傳輸信道使用。碼分復(fù)用：用一組正交碼對一個頻率信號進行擴頻或者加擾處理，達到多路傳輸?shù)哪康?022/12/83華北電力大學(xué)時分復(fù)用2022/12/84華北電力大學(xué)時分復(fù)用2022/12/85華北電力大學(xué)頻分復(fù)用2022/12/86華北電力大學(xué)基本概念（一）2.語音（話音）信號的特點產(chǎn)生：語音信號波形是語音聲波經(jīng)過聲-電轉(zhuǎn)換器得到的連續(xù)時間函數(shù)；波形圖是語音幅度隨時間變化的二維圖。

2022/12/87華北電力大學(xué)波形特性：語音信號幅度動態(tài)范圍一般最大為40分貝，實際由于說話人的差別可以達到60~70分貝。元音幅度較大，有準周期性；清輔音幅度小，和噪聲特性相似。在長時間的語音信號中有相當多的無信號區(qū)間，即所謂的語音寂靜區(qū)間。

2022/12/88華北電力大學(xué)頻率特性：帶寬有限

一般為20~3400Hz,有限的帶寬特性決定了可以用有限的奈奎斯特取樣速率，把語音信號離散化

功率譜密度語音中不同頻譜分量的平均概率可以用長時平均譜密度來表示。語音波形高頻分量對語音總能量的貢獻很小，但是高頻分量帶有重要的語音信息，平均功率譜約在250-500Hz處最大，而高于此頻率的功率譜約以每倍頻呈6~10dB下降。語音信號的短時頻譜并不總是低通特性。輔音有較高的頻譜分量，顯噪聲特性；元音從總體上看是低通的，顯示明顯的局部特性。2022/12/89華北電力大學(xué)3傳輸媒質(zhì)明線：由電桿支持架于地面上的裸導(dǎo)線通信線路2022/12/810華北電力大學(xué)架空地線：對對導(dǎo)線屏蔽，，與之有藕合合作用，從而而可以減少雷雷電直接擊于于導(dǎo)線的機會會2022/12/811華北電電力大大學(xué)裂相導(dǎo)導(dǎo)線：：將每每相導(dǎo)導(dǎo)線由由幾根根直徑徑較小小的分分導(dǎo)線線組成成，各各分導(dǎo)導(dǎo)線間間隔一一定距距離并并按對對稱多多角形形排列列2022/12/812華北電電力大大學(xué)線路傳傳輸頻頻帶架空明明線實實用傳傳輸頻頻帶最最高頻頻率可可達300kHz對稱電電纜可可達600kHz同軸電電纜可可達60MHz電力線線高頻頻通道道可達達500kHz。2022/12/813華北北電電力力大大學(xué)學(xué)頻率率搬搬移移（（二二））調(diào)制制：：2022/12/814華北電電力大大學(xué)頻率搬搬移（（二））2022/12/815華北電電力大大學(xué)頻率搬搬移：：“頻率率搬移移”也也叫““頻率率變換換”，，簡稱稱“變變頻””，其其實質(zhì)質(zhì)就是是把信信號的的頻帶帶從一一個頻頻段搬搬移到到另一一個頻頻段，，實現(xiàn)現(xiàn)“變變頻””的部部件稱稱為變變頻器器。頻率分分割：：把各路路信號號頻帶帶從狹狹路群群路或或分割割出來來，再再各自自進行行反““變換換”，，恢復(fù)復(fù)其原原來的的基帶帶頻譜譜，最最后分分別由由各自自對應(yīng)應(yīng)的用用戶接接收，，從而而實現(xiàn)現(xiàn)了頻頻分多多路通通信。。頻率率搬搬移移（（二二））2022/12/816華北北電電力力大大學(xué)學(xué)2022/12/817華北北電電力力大大學(xué)學(xué)過程程描描述述在發(fā)發(fā)信信端端，，必必須須把把各各路路原原始始話話音音信信號號的的基基帶帶頻頻譜譜0.3～3.4kHz，通通過過““頻頻率率搬搬移移””搬搬到到適適合合線線路路傳傳輸輸?shù)牡念l頻帶帶內(nèi)內(nèi)并并依依次次排排列列起起來來且且互互不不重重疊疊，，然然后后在在線線路路上上傳傳輸輸?shù)降绞帐招判哦硕恕！Ｔ谑帐招判哦硕耍糜酶鞲髀仿沸判盘柼査颊加糜玫牡木€線路路傳傳輸輸頻頻帶帶的的位位置置不不同同，，通通過過““頻頻率率分分割割””把把各各路路信信號號頻頻帶帶分分割割出出來來，，再再各各自自進進行行反反““變變換換””，，恢恢復(fù)復(fù)其其原原來來的的基基帶帶頻頻譜譜，，最最后后分分別別由由各各自自對對應(yīng)應(yīng)的的用用戶戶接接收收，，從從而而實實現(xiàn)現(xiàn)了了頻頻分分多多路路通通信信。。2022/12/818華北電力力大學(xué)變頻器（（三）2022/12/819華北電力力大學(xué)話音三角角形的頻頻帶平移移與倒置置頻帶平移移：上邊帶話話音三角角形與調(diào)調(diào)制器輸輸入調(diào)制制信號的的話音三三角形方方向一致致頻帶倒置置：下邊帶的的話音三三角形的的方向與與輸入調(diào)調(diào)制信號號話音三三角形的的方向相相反變頻器（（三）2022/12/820華北北電電力力大大學(xué)學(xué)頻譜譜三三角角形形變頻頻器器（（三三））2022/12/821華北北電電力力大大學(xué)學(xué)載波波通通信信傳傳輸輸方方式式雙邊邊帶帶調(diào)調(diào)幅幅傳傳輸輸方方式式：：載載頻頻F和上上、、下下邊邊帶帶F士?一起起送送到到線線路路上上傳傳送送載頻頻抑抑制制雙雙邊邊帶帶調(diào)調(diào)幅幅傳傳輸輸方方式式：：只只傳傳送送兩兩個個有有用用上上、、下下邊邊帶帶F士?而不不傳傳送送載載波波本本身身載頻頻抑抑制制單單邊邊帶帶調(diào)調(diào)幅幅傳傳輸輸方方式式：：僅僅傳傳送送一一個個有有用用邊邊帶帶，，而而把把另另一一個個有有用用邊邊帶帶和和載載頻頻都都抑抑制制掉掉2022/12/822華北北電電力力大大學(xué)學(xué)單邊邊帶帶通通信信的的優(yōu)優(yōu)缺缺點點單邊邊帶帶通通信信的的優(yōu)優(yōu)點點:1)節(jié)省省發(fā)發(fā)信信功功率率；；2)節(jié)約約頻頻帶帶；；3)保密密性性較較好好。。單邊邊帶帶通通信信的的缺缺點點:1)設(shè)備備復(fù)復(fù)雜雜；；2)載頻頻準準確確同同步步困困難難；；2022/12/823華北北電電力力大大學(xué)學(xué)載頻頻同同步步在收收信信端端，，為為了了恢恢復(fù)復(fù)原原來來的的信信號號，，還還必必須須產(chǎn)產(chǎn)生生一一個個解解調(diào)調(diào)載載波波信信號號，，并并要要求求它它的的頻頻率率和和相相位位與與發(fā)發(fā)信信端端的的調(diào)調(diào)制制載載波波的的頻頻率率和和相相位位完完全全相相同同，，稱稱為為載載頻頻同同步步2022/12/824華北電電力大大學(xué)三路單單向載載波電電話的的傳輸輸過程程（（四））2022/12/825華北電電力大大學(xué)單向通通信各路話話音頻頻帶均均取0.3～3.4kHz，三路載頻頻分別為8,12kHz和16kHz,各路載頻依依次間隔為為4kHz，恰好等于于每個話路路的帶寬，，以便有效效地利用線線路傳輸頻頻帶，同時時也便于產(chǎn)產(chǎn)生各路載載頻。各路話音信信號分別調(diào)調(diào)制后，經(jīng)經(jīng)各路帶通通濾波器取取下邊帶，，即分別選選出4.6～7.7kHz,8.6～11.7kHz和12.6～15.7kHz。變頻后的的頻譜三角角形被倒置置，并在三三個帶通濾濾波器并聯(lián)聯(lián)輸出端上上合并成4.6～15.7kHz的三路群信信號，再經(jīng)經(jīng)過一個公公用的線路路放大器放放大后送到到傳輸線路路上。由于于各路信號號在線路上上所占用的的頻帶不同同，因此可可沿同一線線路互不干干擾地傳送送到收信端端。三路單向載載波電話的的傳輸過程程（四））2022/12/826華北電力大大學(xué)在收信端，，三路群信信號經(jīng)一個個公用放大大器放大后后，由各路路帶通濾波波器進行頻頻率分割，，它們各自自選取與本本路相應(yīng)的的載波邊帶帶信號，從從而將群信信號分割成成三個話路路頻帶，并并分別送到到各自的解解調(diào)器進行行解調(diào)。各各路解調(diào)器器的解調(diào)載載頻應(yīng)與該該路發(fā)送端端的調(diào)制載載頻頻率相相同，即載載頻同步，，否則將使使被還原的的信號產(chǎn)生生失真，嚴嚴重時甚至至影響通信信的進行。。最后由低通通濾波器從從解調(diào)器的的輸出產(chǎn)物物中提取出出各自的原原始話音信信號。經(jīng)放放大后送到到受話器，，從而完成成了三路單單向載波電電話通信的的過程。三路單向載載波電話的的傳輸過程程（四））2022/12/827華北電力大大學(xué)載波通信的的基本過程程：一變二二分三還原原變，就是用用調(diào)制器把把話音頻帶帶變換到高高頻頻帶；；分，就是頻頻率分割，，即在收信信端用濾波波器把各路路信號從群群信號中分分割出來；；還原，就是是利用解調(diào)調(diào)器把高頻頻頻帶還原原成話音頻頻帶。2022/12/828華北電力大大學(xué)載波機中必必須包括以以下幾種基基本部件：：(1)調(diào)制器(或解調(diào)器):實現(xiàn)頻率變變換。(2)載波振蕩器器:產(chǎn)生載頻信信號。(3)濾波器:完成選頻與與頻率分割割作用。(4)放大器:提高信號電電平。2022/12/829華北電力大大學(xué)雙向通信（（五）2022/12/830華北電力力大學(xué)解決方案案收后重發(fā)發(fā)：差接系統(tǒng)統(tǒng)能把用用戶方向向的二線線電路與與載波機機的收、、發(fā)信支支路的四四線電路路連接起起來，同同時能使使收信支支路與發(fā)發(fā)信支路路彼此隔隔離，切切斷“收收后重發(fā)發(fā)”通路路。這這是因為為差接系統(tǒng)統(tǒng)具有信信號在鄰鄰端方向向傳輸衰衰減小，，對端衰衰減大的的性能。雙向通信信（五））2022/12/831華北電力力大學(xué)自發(fā)自收收：1、雙頻帶帶二線制制雙向通通信所謂雙帶帶二線制制，指的的是在一一對通信信線路的的兩個方方向上，，采用兩兩個不同同的線路路傳輸頻頻帶，利利用方向向濾波器器把收、、發(fā)兩個個方向的的線路傳傳輸頻帶帶分開，，切斷““自發(fā)自自收”通通路，從從而實現(xiàn)現(xiàn)雙向通通信。這這種方法法主要用用在線路路傳輸線線對較少少的載波波通信系系統(tǒng)中。。如架空空明線、、電力線線載波通通信系統(tǒng)統(tǒng)中都采采用這種種通信方方式。2、單邊帶帶四線制制雙向通通信所謂單邊邊帶四線線制，指指的是在在線路上上收、發(fā)發(fā)信兩個個傳輸方方向上采采用相同同的傳輸輸頻帶，，而用兩兩對導(dǎo)線