摘要：采用零線-地線承載載波信號，提高基于電力線通信PLC（Power Line Communication）的家庭網(wǎng)絡(luò)性能，讓PLC載波信號與電力負(fù)載分別使用不同的線路，大大降低了負(fù)載對載波信號的衰減與干擾，有效地提高了載波信號的信噪比，增加信號傳輸?shù)乃俾逝c可靠性。

     關(guān)鍵詞：PLC低壓電力線 傳輸特性 噪聲特性 零線-地線

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們進入了信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代，智能小區(qū)、家庭自動化將逐漸成為人們生活的主題。家庭網(wǎng)絡(luò)是智能小區(qū)、家庭自動化的基本單元。家庭網(wǎng)絡(luò)以家庭網(wǎng)關(guān)為中心、網(wǎng)絡(luò)平臺為核心，通過家庭總線技術(shù)（HBS）互連所有可以互聯(lián)的住宅商品（包括網(wǎng)絡(luò)家電、計算機、三表、安防產(chǎn)品等），組建家庭智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化[1]。

電力網(wǎng)絡(luò)是世界上已有的最廣的有線網(wǎng)絡(luò)，是人們生活必不可少的。利用電力線組建網(wǎng)絡(luò)無需架線，不破壞住宅結(jié)構(gòu)，連接方便快捷，是當(dāng)今世界研究的一個熱點。PLC家庭網(wǎng)絡(luò)就是利用電力線進行通信而實現(xiàn)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，圖1給出了PLC家庭網(wǎng)絡(luò)的基本方案。在PLC家庭網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)由與電力負(fù)載相連的電力線傳送，并通過HomePlug協(xié)議交互，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交頻分復(fù)用調(diào)制方式[2]。由于電力線是專為傳送工頻電力而設(shè)計，對高頻載波信號衰減很大，干擾嚴(yán)重。因此，如何增加電力線通信的可靠性、提高傳輸速度成為電力線通信技術(shù)的關(guān)鍵。

    目前，PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的速率都號稱達到45M以上，但由于它們采用傳輸電能的相線-零線承載載波信號，高頻載波信號受到了嚴(yán)重的衰減和干擾，實際傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到理論值。本文通過對相線-零線、零線-地線的分析與測試，提出了利用零線-地線承載載波信號，提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性與速率的方案，使通信效果得到一定改善。

1 低壓電力線特性

1.1 輸入阻抗與傳輸特性

低壓電力線的輸入阻抗直接影響到信號耦合的效率，是低壓電力線傳輸特性[3]的重要參數(shù)。

    電力負(fù)載是影響電力線輸入阻抗的重要原因之一。這一點可以從較典型的計算機電源電路（見圖2）中得到證明。該電路中虛線框內(nèi)為抗干擾電路，可以防止外部干擾信號進入電源內(nèi)部，也能阻止開關(guān)電源產(chǎn)生的高次諧波串入電網(wǎng)，這部分電路對電力線的特性影響很大。從圖2中可以看出，起決定作用的是C1，R1，R2由于阻值大不足以造成影響；其它元件由于扼流圈L1的存在影響甚微，當(dāng)頻率為10MHz時，阻抗為：

 

如此小的阻抗會使有用的載波信號損失殆盡，這正是電力線通信中令人頭痛的問題。

總體上看，電力線對高頻載波信號的衰減[4]隨傳輸距離增加而增大，并與負(fù)載情況有很大關(guān)系。由于電力線上負(fù)載繁多，并且接入具有隨機性，電力線變得非常復(fù)雜并具有時變特性，不僅同一時間不同地點的特性不一樣，而且同一地點不同時間的特性也大不一樣。圖3是一個網(wǎng)絡(luò)在兩個不同地點的阻抗特性。從圖中可以看出，電力線上的輸入阻抗隨著頻率的變化而劇烈變化，變化范圍超過1000倍！但是，輸入阻抗并不是簡單地隨頻率的增大而減小。由于負(fù)載與電力線本身組合成的電路存在若干共振點，這樣的諧振通常是由容性負(fù)載引起的，在這些共振點上阻抗較小。同時，由于負(fù)載會在電力線上隨機地連上或斷開，所以在不同時間，電力線的輸入阻抗也會發(fā)生很大幅度的改變。由于低壓電力線輸入阻抗的劇烈變化，發(fā)射機功率放大器的輸出阻抗和接收機的輸入阻抗難以與之匹配，因而給電路設(shè)計帶來很大的困難，對本來就存在PAR問題的OFDM調(diào)制更為突出。

    電力線的傳輸特性直接反映高頻信號傳輸情況，因而更能說明負(fù)載對PLC信號的影響，特別是距離發(fā)射機較遠(yuǎn)而又靠近接收機的負(fù)載。當(dāng)負(fù)載為容性時，電力線的傳輸特性急劇惡化。因為連接線的電感試圖隔離網(wǎng)絡(luò)中的各元件，并在高頻時消除遠(yuǎn)端連接負(fù)載對輸入阻抗的影響，遠(yuǎn)端負(fù)載對輸入阻抗的影響是很小的，但對傳輸特性卻十分明顯。

1.2 噪聲特性

電力線上存在的復(fù)雜干擾也嚴(yán)重影響著電力線上的數(shù)據(jù)傳輸。低壓電力線作為高頻信號的傳輸通道，有比明線、電纜等其它類型的通道高得多的噪聲干擾。這些