低压直流载波通信系统特性研究

电力线载波通信技术（Power Line Communication，PLC）是一种复用电力线作为有线信道来进行数据传输的通信方式，利用该技术在系统原有的直流母线上进行信号传输可组建为直流载波通信系统^[1-6]。如图1所示，其在发送端将载有信息的数据以高频信号的方式加载于直流传输母线上，在传输线上实现功率与信号的同时传输，接收端再将高频信号分离提取。这种将直流母线复用为“供电母线 数据总线”的技术方案使得直流线缆除了在传输功率的同时还以通信媒介的角色来承担信息的传送功能，从而达到节省系统中用于通信、控制等的专用信号传输线，或者提供额外的信号传输通道的目的，对线缆减重，增加信号传输冗余度，提高系统可靠性等具有重要意义。该技术在钻探勘测、重布线成本高等工业环境或轻量化要求高的移动运载等系统中需求广泛。

尽管直流载波通信技术具有上述众多优点，但原始的直流供电母线并非专为通信信道设计，信道环境复杂多变，其作为信号传输线时具有如下特点（1）线上干扰强：直流母线上功率负载会带来从数十kHz到几十MHz的宽频噪声谐波。线上负载的接入及起停的随机性、时变性强^[7-8]；（2）信道传输特性不佳：直流线负荷情况复杂，在传输高频段下的阻抗特性不利于信号传输，衰减程度大；（3）功率传输受信号传输影响：加载的高频信号分量相当于注入谐波，同时也对整体设备的EMI性能造成影响。

针对上述问题，需要从载波通信的调制解调过程及高频信号在实际线路中的传输过程等多方面来解决技术难点，分析直流功率传输与信号传输的相互影响情况并优化二者的兼容程度。如[9-10]，[11-12]等对直流载波通信的耦合滤波器、具有强抗干扰能力的多元调制解调技术以及自适应阻抗匹配电路等关键技术方面进行了应用研究；[13]中则在光伏直流监控数据系统中加入自适应电平判决电路以提高，增强了系统的自适应能力与灵活性；此外[14-17]改变耦合结构，利用差分直流母线抑制共模噪声的干扰，同时结合传输信道与高频传导噪声的建模分析提出一系列电磁兼容方案。

本文将对直流载波通信技术进行简要介绍，指出其关键组成部分。结合提升传输信道质量以扩展低压直流载波通信的应用范围的目的，从应对特殊信道复杂电磁环境与传输信道适应能力两方面分别针对直流载波通信系统的调制解调这一通信部分和直流传输系统的高频特性这一功率环节展开了分析与讨论。其中，重点对硬件系统如传输母线与负载电容的高频特性、以及对应信道环境下高频载波信号的增益特性等问题进行分析，最后通过搭建的低压直流载波通信实验平台对上述理论分析进行了验证。

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