低压电力线通信信道模型.pdf

《低压电力线通信信道模型.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低压电力线通信信道模型.pdf（3页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、3 0 电 力 至 锈 通 僧 2 0 0 4年第 l 2期 低压 电力线通信信道模 型 吕 锋，吕国远(1 中国电力科学研究院 通信所，北京 1 0 0 0 8 5；2 天津电力公司 调度通信中心，天津 3 0 0 0 1 0)摘 要：利 用低 压配 电线进行 高速数 据通 信，所使 用的频段 一般在 1 63 0 MHz之 间。根 据 我 国低 压 配 电网的结构，对这个频段 内低压电力线通信的信道模型进行 了研 究，包括单相传输部分和三相传输部 分。关键词：信道模 型；传输线；多径传输；传递 函数 中 图分 类号：T N 9 1 5 8 5 3 文献标 识 码：B 文章编 号：1 0 0

2、 5 7 6 4 1(2 0 0 4)1 2 0 0 3 0 0 3 0 引 言 电力线网络的拓扑结构、物理特性不同于常规的 通信介质(如双绞线、同轴电缆和光纤等)。因此，要 使用现有的电力线网络设计合适的通信系统就必须对 它的传输特性进行研究，建立合适的信道传递特性模 型。我国居民住宅小区一般采用树干式与放射式相结 合的配电方式。从配电间至住宅楼进户配电总箱的低 压 配电线，一般 采用 三相 四线 制或三 相 五线制。为达 到三相平衡，可采取两 种方 法：一种 是单相 进 单元，在 单元之间寻求平衡；另一种是三相进入单元，单相进楼 层，在楼层之间寻求平衡。在住宅楼 内，低压 配 电装置 以树

3、 干式 系统 配 电至 各层电表箱，由各层 电表箱至住户配电箱采用 2 2 0 V 单相配电。住户配电箱宜设在住户走廊或门厅的适当 地点，并且与楼层电度表箱分开设置。住户配电箱内 除设有照明回路和一般插座回路外，还宜设置空调、电 灶 及浴水加热器等专用插 座 回路。根据我国低压配电网的典型结构，配电线路可分 为单相传输部分和三相传输部分。对于单相传输部分 可用多径传输模型或传输矩阵模型进行分析。对于三 相传输部分使用多导体传输线理论进行分析。1 单相传输部分 从单元或楼层到用户室内插座为单相传输部分。信号在单相线路上的传输通常可 以用两种方法来建 收稿 日期：2 0 0 40 21 7 作者简

4、介：吕锋(1 9 7 7一)，男，山东滕州人，硕士，从事电力 系统 通信 的研 究和 开发 工作；吕国远(1 9 7 8一)，男，天津人，助理工程师，从事 电力 系统 通信 的研 究 工作。模，即多径传输模型和传输矩阵模型。1 1 多径传输模 型 高频信号在低压电力线上传输会产生大量 的反 射。信号除了直接到达接收机外，还会经过多次反射 再到达接收机，这就形成了信号的多径传输。在低压 配 电线 上产生多径传输 的主要原 因有：(1)线路上存在大量的分支而造成信号反射；(2)与线路阻抗不匹配的负载造成反射；(3)线路 的不连续性。如图 1 所示，发送机在 A点输入信号，接收机在 c 点接收信号，

5、并且他们和线路匹配。信号可能的传输 路径有：A B c；A B D B c；A B D B D B C：。图 1 带有一条分支的线路 如果 我们可 以得 到第 i 条路 径 的传递 函数 为 日，(，那么整个多径信道的传递函数为 日(=H。(1)通过第 1条路径 到 达接 收机 的信号 为 V c ：。：，所以它的传递函数为 H。=L。T。L：；第 2条 路径的传递函数为 H：=L。T。L F 。L T 3 L：；相应地第 n 条路径的传递 函数为 H =L。T。L F 。L (厂 厂 。L 3)3 B 2。在上面各式中，。、：、为线路的传递函数，。是 信号从 1向 B传输时的传输系数，是信号

6、由3向 B 点传输时的反射系数，是信号由3向 B点传输时的 传输系数，L。=e-,ili，T i =1+厂 一般 n为 4、5，就能 比较准确地得到信道的传递函数。维普资讯 http:/ 2 0 0 4年第 1 2期 电 力 孽 锈 通 往 3 l 1 2 传输矩阵模型 图 2所示为典 型的二端 网络。r c o s h(y 3 d 3)Z 3 s i n h(3 d 3)-1 J h(y 3 d 3)J Z L 3 s i n h(y 3 d 3)j ，C Z Z D Z (8)A Z +B+、图2 终端接负载的二端网络 2 三相传输部分 传 输 矩 阵 为 =，终 端 接 阻 抗z ，则

7、其 输 入阻抗 为 z。n (2 传递 函数为(3)一段长度为 Z、传播 常数 为 特性 阻抗 为 Z。的均 匀传输线 的传输矩 阵为 r c o s h(y 1)Z o s i n h(y 1)l Z sin h y l z)j)L。()一 J 在传输矩阵模型 中把电力线看成|7、r 个二端 网络 的级联。如果每一个 二端 网络 的传输矩 阵 为，那 么 N个二端网络级联的 传输矩阵为T=兀 T i。于是，对图 3中的简单 的 只具有 一个 分支 的 电力线，可 以看 成是 3 个二端网络的级联，且这 3部分的特性阻抗分 别为 Z。、Z 2 和 Z 3。ZL (a)图3 带有分支的电缆(a)

8、线路结构；(b)等效电路 从配电变压器到用户楼层或单元的配电线一般是 三相四线或三相五线的，高频信号传输时会在各相间 产生耦合效应，可用多导体传输线的理论进行分析。图4所示就是多导体传输线的等效电路。图4 多导体传输线等效电路 由图 4可得到多导体传输线 的电路方 程为 (z)=一 (z)(9)d 7()=一 (z)(1 0)d 式 中(z)=V。(z)(z)：V(z)，()=传输线各导线上的电压和电流。(b)Z()=r c o s h(y。d。)Z l s i n h(y。d。)l l 。h(y。d。)I 5 Z L l s i n h(y l d 1)一 J =l，()=ll+l l j

9、o t 2 l j o t l G l l+j o,L l l G 2 l+j o t 2 l G l+j o t l j o t l 2 R 2 2+j o t 2 2 j o t G l 2+j o,L l 2 G 2 2+j o t 2 2 G 2+j o t 2 j。(z)，：()，()其 中，分 别表 示导体 j o t l j o t 2 一R +j o t G l+j w L l G2 +2 G +由(9)和(1 0)可得 一2 0-(z)=(z)o z 2 ()=一r Z l(z)oZ 假定(1 1)和(1 2)的解有如下形 式：V(z)=e +e (1 1)(1 2)(1 3

10、)维普资讯 http:/ 3 2 电 力 孽 饶 至 僧 2 0 0 4年第 1 2期，(z)=e +e (1 4)式 中=d+j p为传播 常数。则式(1 1)和(1 2)就可 以写成 一 y =0 (1 5)一 y I o=0 (1 6)在此 是一 个 12阶单 位方 阵。由于 2和 是 对 称的。由矩 阵理论 可知 Z 和 具有 相 同 的特 征 值。是以y 、y 、y：为对角线元素的对角阵，则 ZY T =，(1 7)亍 =(1 8)的列向量对应于电压的各种传播模式，的列 向量对应于电流的各种传播模式。线路上实际传输的 电压 和电流信号为各种模式 的叠 加，即 V(z)：T ，V m(

11、z)(1 9)，(z)=T ，(z)(2 0)式中 向量(z)和 7 (z)是传输线上电压和电流以 各种传播模式的加权因子。由(1 9)、(2 0)和(9)、(1 0)可得：一：厕 一 7 (2 1)一 ：(2 2)一一=r厶 y 一 =一 y 一 二 二 式 中2 =，和=厂 行 分别称 为阻抗矩 阵 和导 纳矩阵。由上式可知 y=Z Y 用 下式定义线路 的特性 阻抗 Z =，二 y 由上面可得到 望：a ，m(z)一 2 m 由于 是对角 阵，可得 和 7 的通 解为 V =e一 +ey I m=e 一 z I L+e l m 式中 和 为正向传播的模分量；和 为反射 波 的模分量。再

12、由(2 1)、(2 2)得 一(一e-)一e y )=一l，(e y +e y )(2 9)所 以=z (3 0)：一z (3 1)由此。可得，(z)=z (e-y z v L e )(3 2)如果知道下面 的边 界 条件，即发送 点各导 线上 的 电压和负载 的导纳矩阵 V o=T (+)和 y L V L=，L (3 3)再 由 (z)=T (e y +e y )(3 4)就可求得线路上 的电压 和电流向量。3 结 论 根据我 国低压配 电 网的结构，可 以把 电力线 信 道 模型分为单相传输部分和三相传输部分来分别研究。对于单相传输部分使用了多径传输模型和传输矩阵模 型分析。当电力线上的

13、分支较多时。电力线上就会存 在大量的反射信号。计算起来 比较复杂。而传输矩阵 模型对于复杂的信道也能很容易地计算出信道的传递 函数。对于三相传输部分用了多导体传输线理论进行 了分 析。(2 3)参考文献：1 T o m B o s t o e n，O l i v i e r V a n d e Wi e 1 Mo d e l i n g t h e l o w v o l t a g e (2 4)(2 5)2 (2 6)3 (2 7)(2 8)p o we r d i s t rib u t i o n n e t wo r k i n t h e fre q u e n c y b a n

14、 d F r o m 0 5 MHz t o 3 0 MHz f o r b r o a d b a n d p o we r l i n e c o mmu n i c a t i o n s (P L C)C I E E E 2 0 0 0 I n t e r n a t i o n a l Z u r i c h S e mi n a r o n B r o a d b a n d C o mmu n i c a t i o n s：1 7 1 1 7 8 Kl a u s Do s t e r t RF Mo d e l s o f t h e e l e c t r i c a l

15、p o we r d i s t r i b u t i o n g r i d C I S P L C 1 9 9 8：1 0 51 4 4 M Z i mme r ma n n，K Do s t e r t A mu l t i p a th s i g n a l p r o p a g a t i o n mo d e l for t h e p o we r l i n e c h a n n e l i n t h e h i g h fre q u e n c y r a n g e C 3 r d I n t e rna t i o n a l S y mp o s i u m

16、 o n L a n c a s t e r U K 1 9 9 9：45 5l Cha nne l mo de l of t he l o w v o l t a g e di s t r i but i o n ne t wo r k L u F e n g ，L U G u o y u a n (1 C h i n a E l e c t ri c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e，B e ij i n g 1 0 0 0 8 5，C h i n a；2 T i a n j i n E l e c t r i c P o w e r

17、C o ，D i s p a t c h i n g a n d C o mm u n i c a t i o n C e n t e r，T i a n j i n 3 0 0 0 1 0，C h i n a)Ab s t r a c t：T h e fre q u e n c y r a n g e o f h i g h-s p e e d d a t a c o m mu n i c a t i o n u s i n g t h e e x i s t e d l o w v o l tag e d i s t r i b u t i o n p o we r l i n e i s

18、 b e t we e n 1 63 0 MH z Ba s e d o n the d i s t r i b u t i o n n e t wo r k s t r u c t u r e o f C h i n a，the c h a n n e l mo d e l o f l o w v o l t a g e po we r l i n e i n thi s f r e q u e n c y r a n g e i s s t u d i e d K e y wo r d s：c h a n n e l mo d e l；t r a n s mi s s i o n l i n e；mu l t i-p a t h t r a n s mi s s i o n；t r a n s f e r f u n c t i o n 维普资讯 http:/