摘要：采用零线-地线承载载波信号，提高基于电力线通信PLC（Power Line Communication）的家庭网络性能，让PLC载波信号与电力负载分别使用不同的线路，大大降低了负载对载波信号的衰减与干扰，有效地提高了载波信号的信噪比，增加信号传输的速率与可靠性。

     关键词：PLC低压电力线 传输特性 噪声特性 零线-地线

随着网络技术的发展，人们进入了信息化、网络化时代，智能小区、家庭自动化将逐渐成为人们生活的主题。家庭网络是智能小区、家庭自动化的基本单元。家庭网络以家庭网关为中心、网络平台为核心，通过家庭总线技术（HBS）互连所有可以互联的住宅商品（包括网络家电、计算机、三表、安防产品等），组建家庭智能化网络系统，实现家庭网络化、信息化、智能化[1]。

电力网络是世界上已有的最广的有线网络，是人们生活必不可少的。利用电力线组建网络无需架线，不破坏住宅结构，连接方便快捷，是当今世界研究的一个热点。PLC家庭网络就是利用电力线进行通信而实现的智能家庭网络系统，图1给出了PLC家庭网络的基本方案。在PLC家庭网络中，网络数据由与电力负载相连的电力线传送，并通过HomePlug协议交互，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分复用调制方式[2]。由于电力线是专为传送工频电力而设计，对高频载波信号衰减很大，干扰严重。因此，如何增加电力线通信的可靠性、提高传输速度成为电力线通信技术的关键。

    目前，PLC网络产品的速率都号称达到45M以上，但由于它们采用传输电能的相线-零线承载载波信号，高频载波信号受到了严重的衰减和干扰，实际传输速率远远达不到理论值。本文通过对相线-零线、零线-地线的分析与测试，提出了利用零线-地线承载载波信号，提高数据传输可靠性与速率的方案，使通信效果得到一定改善。

1 低压电力线特性

1.1 输入阻抗与传输特性

低压电力线的输入阻抗直接影响到信号耦合的效率，是低压电力线传输特性[3]的重要参数。

    电力负载是影响电力线输入阻抗的重要原因之一。这一点可以从较典型的计算机电源电路（见图2）中得到证明。该电路中虚线框内为抗干扰电路，可以防止外部干扰信号进入电源内部，也能阻止开关电源产生的高次谐波串入电网，这部分电路对电力线的特性影响很大。从图2中可以看出，起决定作用的是C1，R1，R2由于阻值大不足以造成影响；其它元件由于扼流圈L1的存在影响甚微，当频率为10MHz时，阻抗为：

 

如此小的阻抗会使有用的载波信号损失殆尽，这正是电力线通信中令人头痛的问题。

总体上看，电力线对高频载波信号的衰减[4]随传输距离增加而增大，并与负载情况有很大关系。由于电力线上负载繁多，并且接入具有随机性，电力线变得非常复杂并具有时变特性，不仅同一时间不同地点的特性不一样，而且同一地点不同时间的特性也大不一样。图3是一个网络在两个不同地点的阻抗特性。从图中可以看出，电力线上的输入阻抗随着频率的变化而剧烈变化，变化范围超过1000倍！但是，输入阻抗并不是简单地随频率的增大而减小。由于负载与电力线本身组合成的电路存在若干共振点，这样的谐振通常是由容性负载引起的，在这些共振点上阻抗较小。同时，由于负载会在电力线上随机地连上或断开，所以在不同时间，电力线的输入阻抗也会发生很大幅度的改变。由于低压电力线输入阻抗的剧烈变化，发射机功率放大器的输出阻抗和接收机的输入阻抗难以与之匹配，因而给电路设计带来很大的困难，对本来就存在PAR问题的OFDM调制更为突出。

    电力线的传输特性直接反映高频信号传输情况，因而更能说明负载对PLC信号的影响，特别是距离发射机较远而又靠近接收机的负载。当负载为容性时，电力线的传输特性急剧恶化。因为连接线的电感试图隔离网络中的各元件，并在高频时消除远端连接负载对输入阻抗的影响，远端负载对输入阻抗的影响是很小的，但对传输特性却十分明显。

1.2 噪声特性

电力线上存在的复杂干扰也严重影响着电力线上的数据传输。低压电力线作为高频信号的传输通道，有比明线、电缆等其它类型的通道高得多的噪声干扰。这些