宽带载波与窄带载波的对比

之巴公井开创作时间：二O二一年七月二十九日电力线载波通信(PLC)是一种使用电力线进行数据传输的通信 技术，即利用现有电网作为信号的传输介质，使电网在传输电力的 同时可以进行数据传输.目前根据所用频段的分歧，高压电力线载 波通信一般分为窄带电力线载波通信(10kHz500KHz)和宽带电力 线载波通信(2MHz20MHz),但由于高压电力线信道的特殊性和复杂 性，宽带/窄带高压电力线载波通信系统实际应用的效果比较呈现 比力模糊的状态，而比较一般主要集中在通信速率，噪声干扰和通 信距离几个方面.通信速率问题.Shannon定理指出，在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率(或称信道容量)为：要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量.增加信道 容量的方法可以通过增加传输信号带宽B，或增加信噪比S/N来实 现.其中B与C成正比，而C与S/N呈对数关系，因此，增加B比增 加S/N更有效.当B增加到一定水平后，信道容量C不成能无限的 增加.信道容量C与信号带宽B成正比，增加B，势必会增加C，但当 B增加到一定水平后,C增加缓慢.这是由于随着B的增加，噪声功 率N=n0B也要增加，从而信噪比S/N要下降，最终影响到C的增加.由此可见，在信号功率S和噪声功率谱密度n0 一按时，信道容 量C是有限的，即极限传输速率Rmax是有限的.噪声干扰问题.高压电力线噪声普遍存在低频区域的噪声幅度较高,而随着频率的升高，噪声幅度有降低的趋势，但频率继 续升高到中频400kHz以后，降低的趋势将变缓，即100kHz以下频 率区域噪声幅度有时是400kHz500kHz频率区域噪声幅度的50100倍,而400kHz500kHz频率区域噪声幅度相对2MHz20MHz 频率区域噪声幅度一般只有几倍，甚至处于同一水平.同时由于各 类型电力设备的工作频率覆盖几乎全载波通信频带(10kHz20MHz), 即窄带/宽带载波通信时均可能呈现相同通信频率的干扰噪声，招 致实际应用通信效果受影响. 传输距离问题.目前窄带电力线载波通信技术经常使用 FSK技术进行模拟信号调制，但也有窄带电力线载波通信技术和宽 带电力线载波通信技术均使用了 OFDM技术进行模拟信号调制.FSK 技术在同一时刻时只有单一频点信号进行传输，而OFDM技术在同 一时刻时会有多频点信号进行传输，但目前高压电力集抄系统中集 中器载波模块/电能表载波模块/收集器均有严格的功耗限制，即不 论使用哪种载波通信技术,其通信单位的功耗是有限制的，则每次 载波通信的总能量是有限的,FSK技术将发射功率集中到单点频率 上,OFDM技术将发射功率分散到各频率上，在高噪声环境下，多频 点发送将降低了点对点的有效通讯距离.在实际应用中，高压电力线载波通信系统一般需容忍10mW级 噪声干扰，噪声功率谱密度n0 = 10mW，接收点接收解调极限最小信 号功率S = 1mW (使用扩频31位通讯技术).以每个分岔线杆衰减 6倍计算，如果集中发射功率为单一频谱1.5W发射功率最年夜可 传输4个分岔线杆后功率降为1mW，如果使用6频点OFDM传输，最 终传输距离将酿成3个分岔线杆.所以当窄带电力线载波通信点对 点传输的一个位置，宽带电力线载波通信可能需要一级转发，即使 宽带电力线载波通信单次载波通信的时间更短，但完成一次数据收 集的时间可能是一样的.同时，在S = 1mW的情况下，当B增加到10k时,S/(n0B) =0.01， 极限公式已经成立，增加带宽对通讯速率已经没有较年夜影响.且 由于电力应用中的收集对象电能表受串口通信速率的限制，载波系 统传输速率的不竭提升也无法提升整个数据收集系统的效率，所以 窄带电力线载波通信在某些环境实现一定传输速率后，并结合系统 调度机制的改进,最终系统级数据收集的效率与宽带电力线载波通 信系统接近.且窄带电力线载波通信利用的频段(10kHz500KHz)已被规划 为电力应用，而宽带电力线载波通信利用的频段(2MHz20MHz),普 遍被分配给无线电定位、无线电导航、标准频率和时间信号、短 波无线电广播、业余无线电业务、卫星业余业务等.综上所述，在电力实际应用中，需兼顾业务需求、技术方案的 可行性、本钱、功耗等因素，综合选择合适的技术方案.|时间：二o二一年七月二十九日