低压电力线载波通信技术噪声分析
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低压电力线载波通讯技术——家用电器噪声分析
电力线载波通讯技术Powerline Communication(PLC)，是电力系统特有的、基本的通信方式，它是指利用现有高压(HV)、中压(MV)和低压(LV)电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。
该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后利用各种等级的电力线传输，接受信息的调制解调器再把高频信号从电流中分离出来，并传送到电力线宽带用户终端（计算机、电视或电话机和智能电表、开关、变台）。
该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载。
一般而言，要研究电力线载波通信系统的性能，必须了解其信道的阻抗、衰减、噪声等特性，并针对这些特点拟定相应的编码、调制方式，以实现最佳的通信效果。
然而，电力线不是专用通信信道，加之低压电网负载复杂，负荷的投切毫无规律性可言，这也造成了低压电网阻抗、衰减等极强的时变性，同时信道中的噪声干扰比其他通信信道更加复杂，噪声会使信号误码率增加，通信质量降低，严重时甚至导致通信完全失效；因此，有必要对电力线通信信道噪声进行测量并分析其特性。
1972年，A. A. Smith提出了低压电力线噪声的频谱测量问题和解决方法，给出了从美国城市商业办公大楼到乡村农场的6个地点电力线噪声水平的测量结果，表明低压电力线上的噪声强度在不同电网
上是有区别的，并且具有时变性。
即使同一栋住宅公寓大楼，其平均噪声水平在24h内的变化也可高达6dB。
因此，很难直接定量地表示其大小，但噪声也具有一定的规律性。
比如，噪声随频率的增高而呈下降趋势，并且无论噪声多么复杂，它都是由各种特定性质的噪声源叠加而成的。
所以进行噪声的分类分析可望对噪声特性有一个较为透彻的了解。
一般来说电力线上的噪声分为人为噪声和非人为噪声，非人为噪声是自然现象引起的，如雷电在电力线上引起的噪声；人为噪声来自各种电器，电力线自身也可产生噪声。
根据电力线通信信道噪声产生的原因和特点可分为如下所示的几类：
1）高斯白噪声；
2）窄带噪声；
3）与工频异步的周期性噪声（非倍频）；
4）与工频同步的周期性噪声；
5）单事件脉冲噪声。
以上噪声中：
类型1）这一类型的干扰主要由低压电器中的各种电机所产生，即具有平滑频谱的噪声，在短时间内变化不大，特点是在较大的范围内平均分布，可以看作是背景噪声。
类型2）这是一种频带很窄的噪声，主要是短波广播在频域上的串扰，其强度在24h内变化不定。
一般情况下，由于电离层的反射，夜间干扰比较严重，而白天的干扰却较小。
类型3）与工频异步的周期噪声是相对于由SCR器件引起的工频谐波噪声干扰而言的，即指不是工频谐波的噪声，它的主要来源是电视机与计算机显示器的行频扫描及其各次谐波类型等，其功率谱为离散的谱线，重复率在50～200kHz范围内。
类型4）主要由可控硅调节(SCR)器件所产生，目前可控硅器件被大量使用在调光灯、电风扇、复印机等电器中，产生大量的谐波。
由于SCR器件本身为非线性元件，它在每一个工频周期内产生2次冲击电压，这种冲击电压有时可以高达几十伏。
随着SCR器件在家庭、办公室中的使用越来越普遍，对其干扰应引起更多的重视。
类型5）与系统频率无关，是按μs和ms单位时变的，在这样的脉冲发生时，噪声的功率谱密度(psd)很高，由于在电力线通信中，通常使用数字载波，亦即当通信系统以较高的速率传输数据时，脉冲噪声将要影响到多个数据位，给通信造成的损失也是比较严重的，主要由某些电器突然开关造成的,以及从高压输电变压器感应过来的噪音，特点是频谱宽、时间短。
GenMarubayashi等人给出了不同家电产生噪声的幅度及持续时间的测试统计结果。
家用电器所引起噪声干扰的频率，主要分布于100～400kHz之间的范围内，其中由SCR器件引起的工频谐波噪声能量主要是150kHz 以下的谐波；由开关电源引起的噪声频率范围大致为20kHz～1MHz，且含有大量谐波。
目前使用量最大的窄带载波通讯方案，FSK或PSK 单频点载波技术，其中心频点一般均为500KHz以下，与家用电器噪声共频带，不利于信号的传输，或者说为达到同样的传输效果窄带载波需要更大的发射功率，PA/LD功放效率低。
对现场技术支持人员来说，家用电器运行产生的噪声都可以通过
以上简单噪声叠加组合而成，故而就可以通过简单的解析确定所采集噪声的噪声源种类，就能在现场大致确定产生噪声的家用电器，高针对性的解决噪声影响载波通讯类问题。
对研发设计人员来说，对于与工频同步的周期性噪声因其噪声，因其幅度大、频率固定，可以用滤波器过滤掉这一部分噪声，同时在设计调制方案时，应该尽量避开这一频段。
另外由于其频率固定，噪声的间隔时间相同，因而可以将时间分段进行通信，从而规避噪声的影响。
对于与工频异步的周期性噪声，可以通过恰当地选择电力线通信工作频段及采用滤波等手段来避免或减少干扰。
单事件脉冲噪声干扰对于PLC的影响是很严重的，从其他通信系统的设计经验来看，可以使用纠错码等手段来降低脉冲噪声干扰的影响。
