宽带载波与窄带载波的对比

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：)1(log2NSBC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。0002244.1lim44.1)1(loglim)1(loglimlimnSBnSBBnSBNSBCBBBB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。