宽带载波与窄带载波的对比

宽带载波与窄带载波的

对比

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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不同，低压电力线载波通信一般分为

窄带电力线载波通信(10kHz~500KHz)和宽带电力线载波通信

(2MHz~20MHz)，但由于低压电力线信道的特殊性和复杂性，宽带/窄带低

压电力线载波通信系统实际应用的效果对比出现比较模糊的状态，而对

比一般主要集中在通信速率，噪声干扰和通信距离几个方面。

(1)

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增加到一定程度后，信道容量C不可能无限的增加。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增加到一定程度

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n0一定时，信道容量C

是有限的，即极限传输速率Rmax是有限的。

(2)

噪声干扰问题。低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400kHz~500kHz频率区域噪声幅度的50~100倍，而

400kHz~500kHz频率区域噪声幅度相对于2MHz~20MHz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(10kHz~20MHz)，即窄带/宽带载波通信时均

可能出现相同通信频率的干扰噪声，导致实际应用通信效果受影响。

(3)

传输距离问题。目前窄带电力线载波通信技术常用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，但目前低压电力集抄系统中集中器载波模块/电能表载波模块

/采集器均有严格的功耗限制，即不管使用哪种载波通信技术，其通信单

元的功耗是有限制的，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，低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发射功率最大可传输4个分岔线杆后功率

降为1mW，如果使用6频点OFDM传输，最终传输距离将变为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，但完成一次数据采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大影响。且由于电

力应用中的采集对象电能表受串口通信速率的限制，载波系统传输速率

的不断提升也无法提升整个数据采集系统的效率，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

终系统级数据采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(10kHz~500KHz)已被规划为电力

应用，而宽带电力线载波通信利用的频段(2MHz~20MHz)，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、成本、功耗等因素，综合选择合适的技术方案。