09-10-2《電力線載波通信》1-2

1、電力線載波通信電力線載波通信Power Line Carrier Communication 主講教師： 項洪印2021-11-161華北電力大學(xué)1.2 載波通信的基本原理 一基本概念二頻率搬移三變頻器四三路單向載波傳輸五雙向通信的問題和解決方案2021-11-162基本概念（一）基本概念（一）1.復(fù)用 時分復(fù)用：把時間分割成周期性的幀，每一 幀再分割成若干個時隙 頻分復(fù)用：將傳輸頻帶分成多個部分，每一 個部分均可作為一個獨立的傳輸信道使 用。 碼分復(fù)用：用一組正交碼對一個頻率信號進 行擴頻或者加擾處理，達到多路傳輸?shù)哪康?2021-11-163時分復(fù)用時分復(fù)用2021-11-164時分復(fù)用時

2、分復(fù)用2021-11-165頻分復(fù)用頻分復(fù)用2021-11-166基本概念（一）基本概念（一）2. 語音（話音）信號的特點 產(chǎn)生：語音信號波形是語音聲波經(jīng)過聲-電轉(zhuǎn)換 器得到的連續(xù)時間函數(shù)；波形圖是語音幅 度隨時間變化的二維圖。 2021-11-167波形特性：l語音信號幅度動態(tài)范圍一般最大為動態(tài)范圍一般最大為40分貝分貝，實際由于說話人的差別可以達到6070分貝。l元音幅度較大，有準(zhǔn)周期性；清輔音幅度小，和噪聲特元音幅度較大，有準(zhǔn)周期性；清輔音幅度小，和噪聲特性相似性相似。l在長時間的語音信號中有相當(dāng)多的無信號區(qū)間，即所謂的語音寂靜區(qū)間語音寂靜區(qū)間。 2021-11-168頻率特性：頻率特性

3、：l帶寬有限一般為203400Hz ,有限的帶寬特性決定了可以用有限的奈奎斯特取樣速率，把語音信號離散化 l功率譜密度l語音中不同頻譜分量的平均概率可以用長時平均譜密度長時平均譜密度來表示。l語音波形高頻分量對語音總能量的貢獻很小，但是高頻分量帶有重要的語音信息，平均功率譜約在250-500Hz處最大，而高于此頻率的功率譜約以每倍頻呈610dB下降。l語音信號的短時頻譜并不總是低通特性。輔音有較高的頻譜分量，顯噪聲特性；元音從總體上看是低通的，顯示明顯的局部特性。2021-11-1693 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) 明線：由電桿支持架于地面上的裸導(dǎo)線通信 線路2021-11-1610架空地線：對導(dǎo)線屏蔽

4、，與之有藕合作用，從而可以減少雷電直接擊于導(dǎo)線的機會 2021-11-1611裂相導(dǎo)線：將每相導(dǎo)線由幾根直徑較小的分導(dǎo)線組成，各分導(dǎo)線間隔一定距離并按對稱多角形排列 2021-11-1612線路傳輸頻帶線路傳輸頻帶l架空明線實用傳輸頻帶最高頻率可達300 kHzl對稱電纜可達600 kHzl同軸電纜可達60MHzl電力線高頻通道可達500kHz。 2021-11-1613 頻率搬移（二）頻率搬移（二）調(diào)制：2021-11-1614 頻率搬移（二）頻率搬移（二）2021-11-1615l頻率搬移： “頻率搬移”也叫“頻率變換”，簡稱“變頻”，其實質(zhì)就是把信號的頻帶從一個頻段搬移到另一個頻段，實現(xiàn)

5、“變頻”的部件稱為變頻器。 l頻率分割： 把各路信號頻帶從狹路群路或分割出來，再各自進行反“變換”，恢復(fù)其原來的基帶頻譜，最后分別由各自對應(yīng)的用戶接收，從而實現(xiàn)了頻分多路通信。 頻率搬移（二）頻率搬移（二）2021-11-16162021-11-1617過程描述過程描述 在發(fā)信端，必須把各路原始話音信號的基帶頻譜0.33.4kHz，通過“頻率搬移”搬到適合線路傳輸?shù)念l帶內(nèi)并依次排列起來且互不重疊，然后在線路上傳輸?shù)绞招哦恕?在收信端，利用各路信號所占用的線路傳輸頻帶的位置不同，通過“頻率分割”把各路信號頻帶分割出來，再各自進行反“變換”，恢復(fù)其原來的基帶頻譜，最后分別由各自對應(yīng)的用戶接收，從而

6、實現(xiàn)了頻分多路通信。2021-11-1618變頻器（三）變頻器（三）2021-11-1619話音三角形的頻帶平移與倒置話音三角形的頻帶平移與倒置l頻帶平移 ： 上邊帶話音三角形與調(diào)制器輸入調(diào)制信號的話音三角形方向一致 l頻帶倒置 ： 下邊帶的話音三角形的方向與輸入調(diào)制信號話音三角形的方向相反 變頻器（三）變頻器（三）2021-11-1620頻譜三角形頻譜三角形 變頻器（三）變頻器（三）2021-11-1621載波通信傳輸方式載波通信傳輸方式l雙邊帶調(diào)幅傳輸方式：載頻F和上、下邊帶F士一起送到線路上傳送l載頻抑制雙邊帶調(diào)幅傳輸方式：只傳送兩個有用上、下邊帶F士而不傳送載波本身l載頻抑制單邊帶調(diào)幅

7、傳輸方式：僅傳送一個有用邊帶，而把另一個有用邊帶和載頻都抑制掉2021-11-1622單邊帶通信的優(yōu)缺點單邊帶通信的優(yōu)缺點單邊帶通信的優(yōu)點:l1)節(jié)省發(fā)信功率；l2)節(jié)約頻帶；l3)保密性較好。單邊帶通信的缺點:l1)設(shè)備復(fù)雜；l2)載頻準(zhǔn)確同步困難；2021-11-1623載頻同步載頻同步 在收信端，為了恢復(fù)原來的信號，還必須產(chǎn)生一個解調(diào)載波信號，并要求它的頻率和相位與發(fā)信端的調(diào)制載波的頻率和相位完全相同，稱為載頻同步 2021-11-1624三路單向載波電話的傳輸過程三路單向載波電話的傳輸過程 （四）（四）2021-11-1625單向通信單向通信 各路話音頻帶均取0.33.4kHz，三路載

8、頻分別為8, 12kHz和16kHz,各路載頻依次間隔為4kHz，恰好等于每個話路的帶寬，以便有效地利用線路傳輸頻帶，同時也便于產(chǎn)生各路載頻。 各路話音信號分別調(diào)制后，經(jīng)各路帶通濾波器取下邊帶，即分別選出4.67.7kHz, 8.611.7kHz和12.615.7kHz。變頻后的頻譜三角形被倒置，并在三個帶通濾波器并聯(lián)輸出端上合并成4.615.7kHz的三路群信號，再經(jīng)過一個公用的線路放大器放大后送到傳輸線路上。由于各路信號在線路上所占用的頻帶不同，因此可沿同一線路互不干擾地傳送到收信端。 三路單向載波電話的傳輸過程三路單向載波電話的傳輸過程 （四）（四）2021-11-1626 在收信端，三

9、路群信號經(jīng)一個公用放大器放大后，由各路帶通濾波器進行頻率分割，它們各自選取與本路相應(yīng)的載波邊帶信號，從而將群信號分割成三個話路頻帶，并分別送到各自的解調(diào)器進行解調(diào)。各路解調(diào)器的解調(diào)載頻應(yīng)與該路發(fā)送端的調(diào)制載頻頻率相同，即載頻同步，否則將使被還原的信號產(chǎn)生失真，嚴(yán)重時甚至影響通信的進行。 最后由低通濾波器從解調(diào)器的輸出產(chǎn)物中提取出各自的原始話音信號。經(jīng)放大后送到受話器，從而完成了三路單向載波電話通信的過程。三路單向載波電話的傳輸過程三路單向載波電話的傳輸過程 （四）（四）2021-11-1627載波通信的基本過程：一變二分三還原載波通信的基本過程：一變二分三還原 變，就是用調(diào)制器把話音頻帶變換到

10、高頻頻帶； 分，就是頻率分割，即在收信端用濾波器把各路信號從群信號中分割出來； 還原，就是利用解調(diào)器把高頻頻帶還原成話音頻帶。 2021-11-1628 載波機中必須包括以下幾種基本部件：l(1)調(diào)制器(或解調(diào)器):實現(xiàn)頻率變換。l(2)載波振蕩器:產(chǎn)生載頻信號。l(3)濾波器:完成選頻與頻率分割作用。l(4)放大器:提高信號電平。 2021-11-1629雙向通信（五）雙向通信（五） 2021-11-1630解決方案解決方案l收后重發(fā) ： 差接系統(tǒng)能把用戶方向的二線電路與載波機的收、發(fā)信支路的四線電路連接起來，同時能使收信支路與發(fā)信支路彼此隔離，切斷“收后重發(fā)”通路 。這是因為差接系統(tǒng)具有信

11、號在鄰端方向傳輸衰減小，對端衰減大的性能。 雙向通信（五）雙向通信（五） 2021-11-1631l自發(fā)自收 ： 1、雙頻帶二線制雙向通信 所謂雙帶二線制，指的是在一對通信線路的兩個方向上，采用兩個不同的線路傳輸頻帶，利用方向濾波器把收、發(fā)兩個方向的線路傳輸頻帶分開，切斷“自發(fā)自收”通路，從而實現(xiàn)雙向通信。這種方法主要用在線路傳輸線對較少的載波通信系統(tǒng)中。如架空明線、電力線載波通信系統(tǒng)中都采用這種通信方式。 2、單邊帶四線制雙向通信 所謂單邊帶四線制，指的是在線路上收、發(fā)信兩個傳輸方向上采用相同的傳輸頻帶，而用兩對導(dǎo)線（四根導(dǎo)線）來各自傳輸一個方向的信號，從而切斷了“自發(fā)自收”通路。這種方法主要用于對稱電纜和同軸電纜載波通信系統(tǒng)。雙向通信（五）雙向通信（五） 2021-11-1632課時小結(jié)課時小結(jié)l頻分復(fù)用多路通信的基本概念：多路通信、復(fù)用、頻分復(fù)頻分復(fù)用多路通信的基本概念：多路通信、復(fù)用、頻分復(fù)用、時分復(fù)用、頻率搬移、頻率分割用、時分復(fù)用、頻率搬移、頻率分割l話音三角形、頻譜三角形話音三角形、頻譜三角形l三路載波電話的傳輸過程：單向通信（通信過程：一變二三路載