09-10-2《電力線載波通信》1-2

電力線載波通信

PowerLineCarrierCommunication

主講教師：項(xiàng)洪印2023/2/251華北電力大學(xué)1.2載波通信的基本原理

基本概念頻率搬移變頻器三路單向載波傳輸雙向通信的問題和解決方案2023/2/252華北電力大學(xué)基本概念（一）1.復(fù)用時(shí)分復(fù)用：把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙頻分復(fù)用：將傳輸頻帶分成多個(gè)部分，每一個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。碼分復(fù)用：用一組正交碼對(duì)一個(gè)頻率信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻或者加擾處理，達(dá)到多路傳輸?shù)哪康?023/2/253華北電力大學(xué)時(shí)分復(fù)用2023/2/254華北電力大學(xué)時(shí)分復(fù)用2023/2/255華北電力大學(xué)頻分復(fù)用2023/2/256華北電力大學(xué)基本概念（一）2.語音（話音）信號(hào)的特點(diǎn)產(chǎn)生：語音信號(hào)波形是語音聲波經(jīng)過聲-電轉(zhuǎn)換器得到的連續(xù)時(shí)間函數(shù)；波形圖是語音幅度隨時(shí)間變化的二維圖。

2023/2/257華北電力大學(xué)波形特性：語音信號(hào)幅度動(dòng)態(tài)范圍一般最大為40分貝，實(shí)際由于說話人的差別可以達(dá)到60~70分貝。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。在長時(shí)間的語音信號(hào)中有相當(dāng)多的無信號(hào)區(qū)間，即所謂的語音寂靜區(qū)間。

2023/2/258華北電力大學(xué)頻率特性：帶寬有限

一般為20~3400Hz,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(hào)離散化

功率譜密度語音中不同頻譜分量的平均概率可以用長時(shí)平均譜密度來表示。語音波形高頻分量對(duì)語音總能量的貢獻(xiàn)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6~10dB下降。語音信號(hào)的短時(shí)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。2023/2/259華北電力大學(xué)3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2023/2/2510華北電力大學(xué)架空地線：對(duì)導(dǎo)線屏蔽，與之有藕合作用，從而可以減少雷電直接擊于導(dǎo)線的機(jī)會(huì)2023/2/2511華北電力大學(xué)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(duì)稱多角形排列2023/2/2512華北電力大學(xué)線路傳輸頻帶架空明線實(shí)用傳輸頻帶最高頻率可達(dá)300kHz對(duì)稱電纜可達(dá)600kHz同軸電纜可達(dá)60MHz電力線高頻通道可達(dá)500kHz。2023/2/2513華北電力大學(xué)

頻率搬移（二）調(diào)制：2023/2/2514華北電力大學(xué)

頻率搬移（二）2023/2/2515華北電力大學(xué)頻率搬移：“頻率搬移”也叫“頻率變換”，簡(jiǎn)稱“變頻”，其實(shí)質(zhì)就是把信號(hào)的頻帶從一個(gè)頻段搬移到另一個(gè)頻段，實(shí)現(xiàn)“變頻”的部件稱為變頻器。頻率分割：把各路信號(hào)頻帶從狹路群路或分割出來，再各自進(jìn)行反“變換”，恢復(fù)其原來的基帶頻譜，最后分別由各自對(duì)應(yīng)的用戶接收，從而實(shí)現(xiàn)了頻分多路通信。

頻率搬移（二）2023/2/2516華北電力大學(xué)2023/2/2517華北電力大學(xué)過程描述在發(fā)信端，必須把各路原始話音信號(hào)的基帶頻譜0.3～3.4kHz，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?。在收信端，利用各路信?hào)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(hào)頻帶分割出來，再各自進(jìn)行反“變換”，恢復(fù)其原來的基帶頻譜，最后分別由各自對(duì)應(yīng)的用戶接收，從而實(shí)現(xiàn)了頻分多路通信。2023/2/2518華北電力大學(xué)變頻器（三）2023/2/2519華北電力大學(xué)話音三角形的頻帶平移與倒置頻帶平移：上邊帶話音三角形與調(diào)制器輸入調(diào)制信號(hào)的話音三角形方向一致頻帶倒置：下邊帶的話音三角形的方向與輸入調(diào)制信號(hào)話音三角形的方向相反變頻器（三）2023/2/2520華北電力大學(xué)頻譜三角形變頻器（三）2023/2/2521華北電力大學(xué)載波通信傳輸方式雙邊帶調(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載頻抑制雙邊帶調(diào)幅傳輸方式：只傳送兩個(gè)有用上、下邊帶F士?而不傳送載波本身載頻抑制單邊帶調(diào)幅傳輸方式：僅傳送一個(gè)有用邊帶，而把另一個(gè)有用邊帶和載頻都抑制掉2023/2/2522華北電力大學(xué)單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn)單邊帶通信的優(yōu)點(diǎn):1)節(jié)省發(fā)信功率；2)節(jié)約頻帶；3)保密性較好。單邊帶通信的缺點(diǎn):1)設(shè)備復(fù)雜；2)載頻準(zhǔn)確同步困難；2023/2/2523華北電力大學(xué)載頻同步在收信端，為了恢復(fù)原來的信號(hào)，還必須產(chǎn)生一個(gè)解調(diào)載波信號(hào)，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

2023/2/2524華北電力大學(xué)三路單向載波電話的傳輸過程（四）2023/2/2525華北電力大學(xué)單向通信各路話音頻帶均取0.3～3.4kHz，三路載頻分別為8,12kHz和16kHz,各路載頻依次間隔為4kHz，恰好等于每個(gè)話路的帶寬，以便有效地利用線路傳輸頻帶，同時(shí)也便于產(chǎn)生各路載頻。各路話音信號(hào)分別調(diào)制后，經(jīng)各路帶通濾波器取下邊帶，即分別選出4.6～7.7kHz,8.6～11.7kHz和12.6～15.7kHz。變頻后的頻譜三角形被倒置，并在三個(gè)帶通濾波器并聯(lián)輸出端上合并成4.6～15.7kHz的三路群信號(hào)，再經(jīng)過一個(gè)公用的線路放大器放大后送到傳輸線路上。由于各路信號(hào)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（四）2023/2/2526華北電力大學(xué)在收信端，三路群信號(hào)經(jīng)一個(gè)公用放大器放大后，由各路帶通濾波器進(jìn)行頻率分割，它們各自選取與本路相應(yīng)的載波邊帶信號(hào)，從而將群信號(hào)分割成三個(gè)話路頻帶，并分別送到各自的解調(diào)器進(jìn)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(hào)產(chǎn)生失真，嚴(yán)重時(shí)甚至影響通信的進(jìn)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(hào)。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（四）2023/2/2527華北電力大學(xué)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(hào)從群信號(hào)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。2023/2/2528華北電力大學(xué)載波機(jī)中必須包括以下幾種基本部件：(1)調(diào)制器(或解調(diào)器):實(shí)現(xiàn)頻率變換。(2)載波振蕩器:產(chǎn)生載頻信號(hào)。(3)濾波器:完成選頻與頻率分割作用。(4)放大器:提高信號(hào)電平。2023/2/2529華北電力大學(xué)雙向通信（五）2023/2/2530華北電力大學(xué)解決方案收后重發(fā)：差接系統(tǒng)能把用戶方向的二線電路與載波機(jī)的收、發(fā)信支路的四線電路連接起來，同時(shí)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?yàn)椴罱酉到y(tǒng)具有信號(hào)在鄰端方向傳輸衰減小，對(duì)端衰減大的性能。雙向通信（五）2023/2/2531華北電力大學(xué)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(duì)通信線路的兩個(gè)方向上，采用兩個(gè)不同的線路傳輸頻帶，利用方向?yàn)V波器把收、發(fā)兩個(gè)方向的線路傳輸頻帶分開，切斷“自發(fā)自收”通路，從而實(shí)現(xiàn)雙向通信。這種方法主要用在線路傳輸線對(duì)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(gè)傳輸方向上采用相同的傳輸頻帶，而用兩對(duì)導(dǎo)線（四根導(dǎo)線）來各自傳輸一個(gè)方向的信號(hào)，從而切斷了“自發(fā)自收”通路。這種方法主要用于對(duì)稱電纜和同軸電纜載波通信系統(tǒng)。雙向通信（五）2023/2/2532華北電力大學(xué)課時(shí)小結(jié)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(shí)分復(fù)用、頻率搬移、頻率分割話音三角形、頻譜三角形三路載波電話的傳輸過程：?jiǎn)蜗蛲ㄐ牛ㄍㄐ胚^程：一變二分三還原）、雙向通信（收后重發(fā)、自發(fā)自收）復(fù)用多路通信AB載波通信系統(tǒng)頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用頻率搬移頻率分割2023/2/2533華北電力大學(xué)思考與練習(xí)載波通信的基本概念方向?yàn)V波器的應(yīng)用載波通信過程（單向和雙向）載頻與導(dǎo)頻話音三角形和頻譜三角形的應(yīng)用2023/2/2534華北電力大學(xué)謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH內(nèi)容總結(jié)電力線載波通信

PowerLineCarrierCommunication。2022/4/23。產(chǎn)生：語音信號(hào)波形是語音聲波經(jīng)過聲-電轉(zhuǎn)換。帶寬有限

一般為20~3400Hz,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(hào)離散化。元音從總體上看是低通的，顯示明顯的局部特性。架空地線：對(duì)導(dǎo)線屏蔽，與之有藕合作用，從而可以減少雷電