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2019/8/15电子与通信工程系1电力线载波通信PowerLineCarrierCommunication主讲教师：项洪印2019/8/15华北电力大学21.2载波通信的基本原理一．基本概念二．频率搬移三．变频器四．三路单向载波传输五．双向通信的问题和解决方案2019/8/15华北电力大学3基本概念（一）1.复用时分复用：把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙频分复用：将传输频带分成多个部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。码分复用：用一组正交码对一个频率信号进行扩频或者加扰处理，达到多路传输的目的2019/8/15华北电力大学4时分复用2019/8/15华北电力大学5时分复用2019/8/15华北电力大学6频分复用2019/8/15华北电力大学7基本概念（一）2.语音（话音）信号的特点产生：语音信号波形是语音声波经过声-电转换器得到的连续时间函数；波形图是语音幅度随时间变化的二维图。2019/8/15华北电力大学8波形特性：语音信号幅度动态范围一般最大为40分贝，实际由于说话人的差别可以达到60~70分贝。元音幅度较大，有准周期性；清辅音幅度小，和噪声特性相似。在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间，即所谓的语音寂静区间。2019/8/15华北电力大学9频率特性：带宽有限一般为20~3400Hz,有限的带宽特性决定了可以用有限的奈奎斯特取样速率，把语音信号离散化功率谱密度语音中不同频谱分量的平均概率可以用长时平均谱密度来表示。语音波形高频分量对语音总能量的贡献很小，但是高频分量带有重要的语音信息，平均功率谱约在250-500Hz处最大，而高于此频率的功率谱约以每倍频呈6~10dB下降。语音信号的短时频谱并不总是低通特性。辅音有较高的频谱分量，显噪声特性；元音从总体上看是低通的，显示明显的局部特性。2019/8/15华北电力大学103传输媒质明线：由电杆支持架于地面上的裸导线通信线路2019/8/15华北电力大学11架空地线：对导线屏蔽，与之有藕合作用，从而可以减少雷电直接击于导线的机会2019/8/15华北电力大学12裂相导线：将每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列2019/8/15华北电力大学13线路传输频带架空明线实用传输频带最高频率可达300kHz对称电缆可达600kHz同轴电缆可达60MHz电力线高频通道可达500kHz。2019/8/15华北电力大学14频率搬移（二）调制：2019/8/15华北电力大学15频率搬移（二）2019/8/15华北电力大学16频率搬移：“频率搬移”也叫“频率变换”，简称“变频”，其实质就是把信号的频带从一个频段搬移到另一个频段，实现“变频”的部件称为变频器。频率分割：把各路信号频带从狭路群路或分割出来，再各自进行反“变换”，恢复其原来的基带频谱，最后分别由各自对应的用户接收，从而实现了频分多路通信。频率搬移（二）2019/8/15华北电力大学172019/8/15华北电力大学18过程描述在发信端，必须把各路原始话音信号的基带频谱0.3～3.4kHz，通过“频率搬移”搬到适合线路传输的频带内并依次排列起来且互不重叠，然后在线路上传输到收信端。在收信端，利用各路信号所占用的线路传输频带的位置不同，通过“频率分割”把各路信号频带分割出来，再各自进行反“变换”，恢复其原来的基带频谱，最后分别由各自对应的用户接收，从而实现了频分多路通信。2019/8/15华北电力大学19变频器（三）2019/8/15华北电力大学20话音三角形的频带平移与倒置频带平移：上边带话音三角形与调制器输入调制信号的话音三角形方向一致频带倒置：下边带的话音三角形的方向与输入调制信号话音三角形的方向相反变频器（三）2019/8/15华北电力大学21频谱三角形变频器（三）2019/8/15华北电力大学22载波通信传输方式双边带调幅传输方式：载频F和上、下边带F士ƒ一起送到线路上传送载频抑制双边带调幅传输方式：只传送两个有用上、下边带F士ƒ而不传送载波本身载频抑制单边带调幅传输方式：仅传送一个有用边带，而把另一个有用边带和载频都抑制掉2019/8/15华北电力大学23单边带通信的优缺点单边带通信的优点:1)节省发信功率；2)节约频带；3)保密性较好。单边带通信的缺点:1)设备复杂；2)载频准确同步困难；2019/8/15华北电力大学24载频同步在收信端，为了恢复原来的信号，还必须产生一个解调载波信号，并要求它的频率和相位与发信端的调制载波的频率和相位完全相同，称为载频同步2019/8/15华北电力大学25三路单向载波电话的传输过程（四）2019/8/15华北电力大学26单向通信各路话音频带均取0.3～3.4kHz，三路载频分别为8,12kHz和16kHz,各路载频依次间隔为4kHz，恰好等于每个话路的带宽，以便有效地利用线路传输频带，同时也便于产生各路载频。各路话音信号分别调制后，经各路带通滤波器取下边带，即分别选出4.6～7.7kHz,8.6～11.7kHz和12.6～15.7kHz。变频后的频谱三角形被倒置，并在三个带通滤波器并联输出端上合并成4.6～15.7kHz的三路群信号，再经过一个公用的线路放大器放大后送到传输线路上。由于各路信号在线路上所占用的频带不同，因此可沿同一线路互不干扰地传送到收信端。三路单向载波电话的传输过程（四）2019/8/15华北电力大学27在收信端，三路群信号经一个公用放大器放大后，由各路带通滤波器进行频率分割，它们各自选取与本路相应的载波边带信号，从而将群信号分割成三个话路频带，并分别送到各自的解调器进行解调。各路解调器的解调载频应与该路发送端的调制载频频率相同，即载频同步，否则将使被还原的信号产生失真，严重时甚至影响通信的进行。最后由低通滤波器从解调器的输出产物中提取出各自的原始话音信号。经放大后送到受话器，从而完成了三路单向载波电话通信的过程。三路单向载波电话的传输过程（四）2019/8/15华北电力大学28载波通信的基本过程：一变二分三还原变，就是用调制器把话音频带变换到高频频带；分，就是频率分割，即在收信端用滤波器把各路信号从群信号中分割出来；还原，就是利用解调器把高频频带还原成话音频带。2019/8/15华北电力大学29载波机中必须包括以下几种基本部件：(1)调制器(或解调器):实现频率变换。(2)载波振荡器:产生载频信号。(3)滤波器:完成选频与频率分割作用。(4)放大器:提高信号电平。2019/8/15华北电力大学30双向通信（五）2019/8/15华北电力大学31解决方案收后重发：差接系统能把用户方向的二线电路与载波机的收、发信支路的四线电路连接起来，同时能使收信支路与发信支路彼此隔离，切断“收后重发”通路。这是因为差接系统具有信号在邻端方向传输衰减小，对端衰减大的性能。双向通信（五）2019/8/15华北电力大学32自发自收：1、双频带二线制双向通信所谓双带二线制，指的是在一对通信线路的两个方向上，采用两个不同的线路传输频带，利用方向滤波器把收、发两个方向的线路传输频带分开，切断“自发自收”通路，从而实现双向通信。这种方法主要用在线路传输线对较少的载波通信系统中。如架空明线、电力线载波通信系统中都采用这种通信方式。2、单边带四线制双向通信所谓单边带四线制，指的是在线路上收、发信两个传输方向上采用相同的传输频带，而用两对导线（四根导线）来各自传输一个方向的信号，从而切断了“自发自收”通路。这种方法主要用于对称电缆和同轴电缆载波通信系统。双向通信（五）2019/8/15华北电力大学33课时小结频分复用多路通信的基本概念：多路通信、复用、频分复用、时分复用、频率搬移、频率分割话音三角形、频谱三角形三路载波电话的传输过程：单向通信（通信过程：一变二分三还原）、双向通信（收后重发、自发自收）复用多路通信AB载波通信系统频率搬移频率分割2019/8/15华北电力大学34思考与练习载波通信的基本概念方向滤波器的应用载波通信过程（单向和双向）载频与导频话音三角形和频谱三角形的应用