电力线通信技术,包含了传统的输电网电力线载波(Power Line Carrier)、中压及低压配电网电力线载波(Distribution Line Carrier)及中压和低压线路上的宽带通信(Power Line Telecom)。从所使用的电磁波频率范围来分,可以分为低频(或窄带)电力线通信(LFPLC或NBPLC)和高频(或宽带)电力线通信(HFPLC或BBPLC)。
LFPLC已经有比较完整的标准,例如在频率方面,美国规定使用50~450kHz,欧洲规定使用3~148.5kHz,其中3~95kHz用于接入通信,95~140kRz用于室内通信。LFPLC的主要应用是自动抄表、费率控制、照明控制、简单的安全监视、设备状态监视等。
HFPLC(美国和欧盟称之为PLT)是最近几年开始出现的技术,使用频率范围大致为1~30MHz,主要应用包括:因特网高速接入、电话、VOD、视频监视、室内计算机联网、高速接入共享等。
在HFPLC方面,目前的标准化程度是很低的。由于各种技术正在试验比较和不断发展,现在还没有形成优胜劣汰、统一制式的局面。作为通信的一种接入手段,标准一般定义以下几个方面内容:PLC系统的参考模型、传输能力和信道划分、PLC的物理层规范、介质访问控制层规范、电气特性、系统安全、网络管理、设备电磁兼容性要求和测量方法及设备的使用环境等。目前标准化研究内容的主要方向是:频率使用范围及其应用划分、发射频率灵活控制技术、PLC系统之间的共存协调、电磁兼容性(电磁骚扰与抗扰度限值及测试方法)等。
由于目前欧洲关于PLC的应用和开发都比较活跃。目前,欧洲最主要的标准化组织有三个:欧洲标准化委员会(CEN)、欧洲电工标准化委员会(CENELEC)、欧洲电信标准组织(ETSI)。CENELEC和ETSI分别负责欧洲电工技术标准和电信标准的制订,而CEN负责所有其他方面的标准制订。与PLC有关的主要是CENELEC和ETSI,前者侧重电磁兼容问题,后者侧重通信技术方面的统一标准。
一、与PLC有关的标准化机构
PLC标准主要分为两大类,一是有关PLC通信技术的专用标准,二是相关的EMC(包括产品EMC和网络EMC)标准。
专门从事PLC通信技术专用标准制订的组织较少,在欧洲主要是欧洲电信标准组织(ETSI )中的PLT项目委员会(EP PLT),在北美主要是Home-Plug行业协会。Home-Plug在2001年推出了PLC行业技术规范第一版,但该规范只涉及家庭局域网(室内联网)。2005年Home-Plug准备推出PLC行业技术规范的AV版本,并已经开始起草用于提供宽带接入服务的BPL标准。ESTI是欧盟委员会认可的欧洲三大标准化正式机构之一,其中主要由PLT工作组从事PLC相关技术的研究和标准制订,正在制订的PLC技术标准范围较宽,包括室内联网、宽带接入和它们之间的相互共存,以及电力线载波的功率谱密度的可编程化,以保证和室内联网系统的互操作性和符合电磁兼容的相互要求。
EMC标准方面涉及的机构较多,情况比较复杂。国际标准组织包括IEC、ISO和ITU,其中最主要是IEC在负责,尤其是CISPR和TC77。在欧洲主要是CENELEC和ETSI,尤其是CENELEC的TC205/SC
二、ETSI EP PLT标准制订情况
已列入ETSI工作计划的共23项,1999年10月份以来已经完成了11项,仍在进行中的有5项,已经宣布停止的7项。
ETSI EP PLT主要致力于制订PLC产品和系统的技术规范,使得不同厂商的PLC产品可以互相兼容使用,以及在多电源共存环境下稳定工作。其标准规范的制定是以EU/EC的相关规定为前提的。自1999年以来,PLC工作组已经完成了多项工作,发布了相关文件。其中TS为技术规范,TR为技术报告,正式发布的有11个,起草完成的2个,拟定工作范围的2个,正式启动的1个。具体详见下表1。
三、PLC相关EMC标准制订情况
EMC标准大致分为产品EMC和网络EMC两大类。在产品EMC方面,相关的法律依据和技术标准主要是欧盟的EMC-D、R&TTE-D和CISPR 22:1997及EN55022:1998,此外还有其他相关标准共100多项。产品EMC标准化机构主要是CISPR SCI WG3和CENELEC SC
CISPR是国际无线电干扰特别委员会的简称,是国际电工委员会(IEC)下属机构,CISPR 22标准的全称叫做《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》,它规定了信息技术设备(ITE)的分级(A级和B级),相应级别ITE的辐射骚扰限值、电源端子及电信端口的传导骚扰限值,以及相应的测量方法。涉及频率范围为0.15~30MHz(传导骚扰)和30~1000MHz(辐射骚扰),30MHz以下没有规定辐射骚扰限值。
PLC设备的特殊之处是电源端子同时又是电信网络端口,而CISPR 22中电源端子和电信端口是分别考虑的。近年来,在业界努力下,IEC正在组织对CISPR 22进行修订,先后提出了十多个修正草案。CISPR 22中涉及PLC的修订意见,归纳起来主要有下表2所示内容:
CISPR 22的修改将对PLC的未来发展产生较大的影响,欧洲标准EN55022和中国国家标准GB9254,都是依据CISPR 22制定的。因此,业界对此事非常重视。2002年德国PPC公司与Main.net公司及Dortmund大学联合提出的关于纵向转换损耗(LCL)定值和阻抗稳定网络(ISN)的修订建议。就此问题CISPR已开会进行过专门讨论并形成文档,文档编号和名称分别为:CIS/I/63/CC《Amendment to CISPR 22:Clarification of its application to telecommunication system on the method of disturbance measurement at ports used for PLC(Power Line Communication)》。
从网络的角度看,CISPR 22的修订固然很重要,但是,它毕竟只是一个针对信息技术设备(ITE)的EMC规范,并不能完全解决网络层面上的EMC问题。在网络EMC方面,欧洲的主要法律依据现在已经明确(EMC-D和R&TTE-D),但是还没有统一的网络EMC标准(即适用于法律中定义的“系统”和“设施”的EMC标准)。涉及网络EMC标准制订的机构主要有:CENELEC/ETSI JWG EMC,CENELEC TC210、SC
图1是几个标准的电磁辐射限制曲线,通过和美国的FCC15比较,德国规定的缺点是显而易见的。例如,在2MHz左右时,美国限值比德国的建议限值要高30dB,这就意味着传送功率高1000倍或者可能的数据传输速率大约高10倍。在这一先决条件下,就不会奇怪第一个速率在10Mbit/s以上的PLC系统产生于美国了。一些国际组织如PLC Forum正在致力于修改该标准。2004年底,由国际PLC Forum发起,PUA(PLC Utilities Alliance)的发布了《关于2004年电力线通信白皮书》,目的是提供一个有关标准、市场政策、产品制造等方面的公共信息平台,讨论和决定应采取的政策,从而保证在欧洲广泛推进PLC技术的应用。
图1:FCC 15、NB30及MTP1570电磁辐射限值比较
如图2所示,德国多特蒙德大学的研究表明,在64台计算机同时使用五类双绞线上网时产生的电磁辐射都已经超过了NB30标准的限值,可见该标准限值的设定不是十分科学。
2001年8月初欧盟委员会已向CEN、CENELEC和ETSI发出了指令(Mandate 313),责成这些标准组织联合研究制订适用于有线通信网络EMC问题的协调标准,网络的范围包括其在室内的延伸,传输介质包括(但不局限于)电力线、同轴电缆和传统电话线,并且要求在收到指令后6个月之内提出协调标准编制大纲和完成时间计划。ETSI与CENELEC组成了联合工作组(CLC/ETSI JWG EMC),协商制订关于有线通信网络的欧洲协调标准(HS)。
图2:64台计算机使用五类双纹线同时访问时产生的电磁辐射曲线
由于EMC标准问题和政策法规问题是有紧密联系的,关于网络和产品的EMC标准编制,有关专家指出了如表3的10个相关问题.
根据对现实生活中电磁环境的实际测试结果,电视机、以太网、计算机等产生辐射的情况都和PLC网络一样,高于NB30的限值而低于FCC标准。如果要求都必须低于NB30规定限值,事实上是很难做到的,除非对现有系统都进行改造。有关专家认为:FCC Part15是目前应用比较广泛的EMC技术标准,主要特点是:①成熟稳定,已颁布执行15年,每两年复审一次,但主要限值指标没有调整过;②它是基于理论和实践结合总结出来的,而不像某些标准那样单纯基于理论计算。根据欧洲的测试,一般环境下电磁骚扰都在FCC限值以下10dB左右,说明它与实际需要比较吻合,松严适度。因此,FCC Part 15是经过实践检验的,比较客观的标准。