高速电力线通信电磁兼容技术标准的研究动态

1 前言

　　近年来，电力线通信（Power Line Communications，PLC）技术发展非常迅速，现在已经进入初步应用阶段。PLC系统充分利用电力系统的广泛线路资源，通过OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用）等技术可以在同一电力线不同带宽的信道上传输数据。但是由于电网中传输的是强电，而且电网的稳定性比传统的通信网差得多，使得电力线通信线路的电磁环境极为复杂。这就给电力线通信系统提出了更高的电磁兼容要求，电磁兼容技术也成了实现电力线通信所需的关键技术之一。

2 各国际标准化组织对PLC的研究情况

　　在世界范围内，IEC的CISPR/I分会以及ITU－T等国际组织对PLC的电磁兼容相关标准做了大量研究并讨论了相应技术要求。欧洲从2000年起开始研究PLC系统的技术框架和技术标准，目前已经取得了一定的进展。主要相关的国际组织有CENELEC和ETSI，前者侧重电磁兼容问题，后者侧重通信技术方面的统一标准。

　　2.1 IEC/CISPR I分会

　　PLC设备属于信息技术设备，应符合IEC/CISPR22《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》的要求。但是由于PLC设备特殊的工作模式，其传导干扰无法满足现行标准的要求。在2002年的IEC会议上曾有代表建议对CISPR22进行针对PLC的修改（会议文件编号：CISPR/I/44/CD），增加一个专门针对PLC设备的“多用途端口”，其定义为：连接到低压分布式网络，支持数据的传输和通信，结合了电信端口和电源端口功能的端口。

　　对于PLC设备，该文件建议要求它的传导干扰既满足现有标准电源端口的限值，也满足电信端口的限值。这样多用途端口的干扰测试就要进行两次：

　　（1）作为电源端口（关闭它的通信功能），用通常的V型网络（AMN）进行测试，要求满足CISPR22中表1和表2的限值。

　　（2）作为电信端口，用新型的T型网络进行测试，要求满足CISPR22中表3和表4的限值。

　　这种测试方法基于以下原理：

　　（1）消费类产品的电源是非对称干扰源，它所产生的干扰用V型网络（AMN）来进行测试是非常合适的。

　　（2）与之相反，采用共模信号进行通信的电信端口，它所产生的干扰要比差模信号所产生的干扰小得多。T型网络很适合用于共模干扰的测量，因为适当的网络参数可以提供从差模信号到共模信号转换所需要的纵向转换损耗（LCL）。

　　针对以上的理论，该文件建议对CISPR22进行较大的修改，增加大量有关多用途端口的内容，以及相关的测试设备要求、试验布置要求和测试方法等。但是，这项建议没能获得最终的通过。参加会议的各个会员对这项建议的意见分歧很大，主要有：

　　（1）一部分CISPR会员认为PLC的相关内容应该转由CISPR/A分会负责，一部分会员对此表示反对，认为PLC的研究还是应该留在I分会中。

　　（2）有些会员对CISPR/I/44/CD提出的测试方法能否彻底避免PLC设备对其他设备造成的不良影响表示怀疑。

　　（3）有些会员认为这一测试方法违背了CISPR22中“被测设备应该工作在最大发射状态下”的原则。

　　（4）有些会员认为世界各地的电网状况不尽相同，确定一个合适的LCL值是很困难的。

　　随后，在2005年的CISPR会议上，CISPR/I成立了一个特别工作组（PLT TASK FORCE）来负责PLC相关标准的研究工作。该工作组将负责继续研究对CISPR22的相关修改，包括定义、限值、测试条件和测试方法等内容。特别组共准备发表7份相关技术文件。

　　2006年3月该组织发表了第一份文件，介绍安装PLT设备的电网结构。主要阐述如下内容：

　　1、 电网拓扑结构，尤其是低压电网拓扑结构。 当PLT系统工作时，接入终端的传输信道就是低压电力线。对于既有电力线不可能为了PLT系统进行大规模改造，因此必须充分了解低压电力线拓扑结构，特别是农村、市区，居住环境、商业环境、办公环境的拓扑结构。才能进行PLT网络规划设计。

　　2、 PLT接入关键设备EMC特性：电网接入设备是PLT系统正常运行的关键之一。由于传统高压、中压、低压电网都是针对工频电力信号设计，所有设备的高频特性研究是十分艰巨的。特别是低压电网设备产生的各种高频骚扰有可能直接通过电网与PLT通信信号相互叠加,影响PLC网络运行。

　　其他技术文件会陆续发表。

　　2.2 ITU－T

　　在ITU-T目前发布的EMC建议中，电力线通信网络和设备应符合K.60 《电信网络电磁干扰限值和测量方法》的要求。K.60规定了从9kHz到3GHz频段通信网络的电磁辐射干扰限值，给出了9kHz到400GHz频段的测量方法，还提供了在通信网络中定位和寻找无线电干扰源的程序和一些解决干扰的措施。

　　目前ITU-T第五研究组正在加紧研究关于针对PLC修订K.60的问题。欧洲European Broadcasting Union等机构的代表递交文稿建议加严K.60的限值，从而防止PLC对其他广播和通信业务造成干扰，也有代表对此表示反对。各国代表目前正在积极地研究和搜集素材，以便为合理地管制PLC的电磁干扰提供依据。

　　K.60并没有规定电源端口传导干扰方面的限值，因此对于PLC网络和设备，符合K.60要求并不困难，只要在设计制造时适当采取控制电磁辐射干扰的措施即可。转　　2.3 CENELEC

　　CENELEC的TC205/SC205A/WG10（家用及建筑物电子系统技术委员会/电源信号产品标准分委员会/高频发射与抗干扰工作组）和TC210/SC210A（通用EMC标准技术委员会/信息技术设备EMC标准分委员会）负责PLC电磁兼容标准研究工作。其中，SC205A研究物理和MAC层。该工作组的研究发现，当考虑接入网络和室内网络共存的情况时，OSI的传统分层结构将不能满足需求。

　　特别值得关注的是，CENELEC和ETSI两个标准化组织5个专业机构联合组成了电信网络EMC标准联合工作组（CLC/ETSI JWG）。

　　2.4 ETSI

　　ETSI专门成立了PLC研究工作组EP PLC，从2000年开始陆续公开了两个PLC技术规范和9个技术报告。EP PLC主要致力于制定PLC产品和系统的技术规范，已列入ETSI工作计划且与电磁兼容相关的共有如下几项：

　　TR 102 258（2003-09）LCL回顾与统计分析；

　　TR 102 259（2003-09）EMI回顾与统计分析；

　　TR 102 270（2003-12）基本低压分布网络（LVDN）测量数据；

　　TR 102 324（2004-05）电力线通信系统辐射发射特性与测量方法技术水平；

　　TR 102 370（2004-11）3MHz～100MHz LVDN 基础测量数据。
　
3   各国对PLC标准的研究

　　目前定义了1～30MHz范围内电信网络辐射干扰限值的技术标准共有4个：德国的NB30、英国的MPTl570、美国的FCC Part15以及国际电信联盟于2003年7月推出的ITU-T K.60。其中，由各个国家制定的相关标准如下。

　　3.1 美国FCC

　　高速PLC系统符合FCC part 15 定义的载波电流系统。PLC系统通过电力线以传导的方式传输信号，可认为是无意发射源，因此47CFR§15.205的要求对PLC不适用。

　　通常来讲满足辐射限值的系统可以保护正常工作的系统不受干扰。但是FCC不仅仅强调辐射限值的制定，考虑到不同的测量方法和测量过程存在测量不确定度， FCC认为一致性检验过程的制定也同样重要。FCC part15规定的PLC辐射限值见表1。

表1  FCC part15规定的 PLC辐射限值

用途  频率(MHz)  场强
(dBµV/m)
 测量距离
(m)
 测量带宽 (kHz)  检波器 
载波电流系统  1.705-30.0  29.5  30  9  Quasi-peak 
Class A  30-88  39.1  10  120  Quasi-peak 
Class B  30-88  40  3  120  Quasi-peak 
　

　　3.2  德国RegTP

　　德国RegTP(The Regulating Administration for Telecommunications and Posts of Germany)于1999年1月制定了NB30标准。规定了9kHz～3GHz通信系统辐射干扰限值，包括有线电视、xDSL、PLC等系统。NB30标准的辐射限值见表2。

表2  德国NB30标准规定的辐射限值

频率范围(MHz)  场强 (dBµV/m)  测量距离 (ｍ)  测量带宽  检波器 
>1 ～ 30  40 – 8.8 * lg10f (MHz)  3  9 kHz  Peak 
>30 ～ 1000  27  3  待定  Peak 
　

　　3.3  英国

　　英国于2003年1月针对PLC系统制定了MPT1570规范，规定了9kHz～1.6MHz磁场辐射限值，见表3。该标准规定使用满足IEC CISPR16-1的环天线和接收机进行测量。主要目的是保护广泛使用的广播接收机。

表3  英国MPT1570规范规定的辐射限值

频率范围  场强 (dBµA/m)  测量距离 (ｍ)  测量带宽  检波器 
9～150kHz  49-20lgf(kHz)  3  200 Hz  Peak 
150kHz～1.6MHz  -1.5-20lgf(MHz)  1  9 kHz  Peak 
　

　　3.4.其他国家技术要求

　　部分其他国家技术要求见表4。

表4  部分其他国家技术要求

澳大利亚  ACA不对525 kHz以上频段进行要求 
奥地利  政府部门已经停止PLC试验计划,结论表明PLC在2～30 MHz时引起的干扰不能减小到可接受的程度 
芬兰  FICORA年报（2001）根据测量结果，决定只有在PLC技术解决干扰和安全问题后才能商用。在欧洲标准出台前，采用NB30限值 
日本  MPHPT决定不给PLC系统增配许可频率。建议继续进行研究如何减小干扰问题 
　

　　由于FCC对PLC辐射限值制定较松，从而使PLC系统在美国得到迅速发展；欧盟一些国家持谨慎发展态度，欧洲各国正在等待欧盟标准的最终制定；BBC等传统广播通信系统出于自我保护的考虑，对PLC系统提出较苛刻的限制要求。

4   结论

　　PLC技术的标准化工作至今仍在缓步进行，对传导干扰进行定义及限值制定等问题至今很难达成一致认识，但是作为一种资源广泛的通信网络技术，电力线通信的市场需求仍然存在，只有各方共同努力，才能使PLC系统更好地服务于广大用户。