无线电频率管理的重要性与实践

部署电信网络时，关键的问题是如何在传输速率、时延、时基抖动、电磁兼容性（EMC）和技术共存能力等方面获得最佳性能的同时，确保遵守各种生效的规章所规定的限制。

发射功率和授权频段等方面的规定，均由这些管理规章规定。根据各种无线电技术（业余无线电、模拟短波、数字无线电波等）的不同，这些管理规章还规定了相应的干扰允许水平。

由于相应的技术与传输介质的关系，用于传输信号的电力线设备会因感应效应而发射无线电波。

与Wi-Fi无线网络不同的是，欧洲范围内出售的PLC设备均尽力遵守欧洲电工技术标准化委员会（CENELEC）和欧洲电信标准协会（ETSI）所设置的限制性规定。实际上，这些设备的设计均遵守这些限制性规定，无论是设备的硬件还是软件，都不允许凌驾于这些标准之上。

HomePlug设备的软件不得修改任何硬件参数（如载波频率、子频段、发射功率）这意味着，不得使用PLC设备配置工具发送的以太网数据帧（见本书第10章）来更改设备所使用的频率与功率。因此，对于PLC网络用户来说，在配置过程中，不得修改11个通道的物理层参数（与Wi-Fi不同），也不得对接口传输功率的参数进行修改操作。

图8.1给出了配置工具如何给需要配置的PLC设备发送以太网数据帧，这种帧是传统的以太网数据帧。在网络上，通过其字段ETHERTYPE，可以识别这种帧。帧数据中包含有需要配置的参数，由此确保PLC网络可以工作于最佳状态。

ETSI所定义的可用频谱，整体上按照图8.2进行了进一步细分。根据监管机构颁发的规定可以看出，一般的公共无线电频率的分布与各种PLC技术所使用的频率相当接近。

如前所述，PLC网络并非无线网络。但是，该技术的实现会在电力线上产生电波辐射，且电力线充当了无线电天线的作用。因此，电信监管机构将PLC网络视作无线网络，因此PLC网络也必须遵守在发射功率和频段使用等方面的限制。

图8.1 用于配置HomePlug网络的以太网数据帧

图8.2 PLC频段

前面已经指出，高传输速率PLC所使用的频率位于1～30MHz的频段之内。业余无线电台也使用该频段，且今后的数字式短波电台，即DRM（Digital Radio Mondial）也工作于该频段之内。DRM将会使用该频段实施超长距离的数字广播节目传输，数据传输速率可达数十kbit/s。

人们对PLC网络对业余电台和DRM造成的干扰已经进行了非常多的探讨，以试图使得多种技术可以共存。经过这些讨论，PLC技术开发商已经在其产品中考虑使用滤波器技术，以避开已经被其他无线电技术使用的频率。这种技术称为“频谱开槽”技术，包含有无线电通道监听来重新调整频率，以及禁用某些频率等技术。

动态频段开槽技术

如图8.3所示，如果PLC网络发现频率f₁和f₂已经被使用，则它会禁用它的授权频谱内含有频率f₁和f₂的频段。频率f₁和f₂被占用期间，这些频段会一直被禁用。此后，一旦这些频率未被占用，将会再次允许使用这些频段。

图8.3 拥挤频率开槽示意图

这种动态技术的基础是信噪比监听技术，每一个频段都会被监听，且信噪比测量值的单位为dB。

低传输速率PLC

低传输速率PLC主要用于家用自动化设施和汽车自动化功能（机动车辆工业总线），其授权频率由欧洲电工技术标准化委员会在标准EN-50065-1中规定。该标准定义了3～148kHz之间的所有频段的使用参数。PLC的信号发射功率以最大允许电压数值来进行规定，对于这些频段来说，最大电压允许值为3.5V。低传输速率PLC频段的参数简述见表8.1。请注意，调幅无线电台的频段覆盖了162～252kHz的频谱。

表8.1 用于低传输速率PLC的CENELEC频段(www.xing528.com)

特例：日/夜费制电能表的EDF Pulsadis信号（法国）

Pulsadis信号更为人熟知的名字是日夜信号，原因在于法国的EDF电能表使用该信号在夜间切换大量的用电设备，以使得客户受益于EJP费率或者EDP计时器。该信号在EDF供电网络上以175Hz的频率发送。

图8.4描述了支持Pulsadis信号的低压电气网络的电气架构，Pulsadis信号自EDF监控站出发，最终抵达消费者的电能表。

图8.4 EDF低压电网上Pulsadis信号的实现结构

该信号一旦抵达EDF日/夜费制电能表，将立即触发在家用断路器面板上特定安装的电气设备的接触器。例如，该接触器可以在夜间接通热水器的电源，并在早上7点回到全额费率之前切断热水器。

这种信号是一种低频信号，在电力网络上有着良好的传播性能。其频率为175Hz，避开了50Hz及其相应的谐波频率（100Hz、300Hz、600Hz等）。该信号由间隔1.5s的时长为1s的二进制脉冲构成。帧长为102.25s。

高传输速率PLC

高传输速率PLC或多或少地使用了1～30MHz频段。通常，该频段可以视为两个子频段：1～20MHz的较低频段和2～30MHz^[4]的较高频段。前者专门用于家庭内部PLC；后者专门保留，供中压电力网络的公用外部PLC使用。

涉及家用内部PLC时，各种不同技术均基于正交频分复用（OFDM）技术，且这些技术可以以不同方式共享频段，以在传输速率和时延等方面达到最好的性能。这种性能的获得是通过不断改进物理层（PHY）、数据链路层和MAC层等的调制技术以及物理介质访问方法而实现的。

HomePlug 1.0使用了4.49～20.7MHz的频段和84个子载波，将0～25MHz的频段细分为128个宽为1953125kHz的子频段。据此，如果将各子频段依次编号为1～128，则HomePlug1.0使用了子频段23～106。

在美国，业余无线电者使用了子频段23～106中的某些频段（17m、20m、30m、40m）。因此，没有使用与业余无线电频率相对应的8个子频段。因此，HomePlug 1.0频段的总数量为84-8=76个。

表8.2按照各种PLC技术简要地列出了可以使用的高传输速率频段。

由于频段1～30MHz被细分为多个子频段，故各子频段传输信道传送的均是OFDM的调制载波。严格地说，与Wi-Fi不同，该技术不存信道用于配置网络架构。在PLC中，整个频段全部用作传输通道；所有的子频段均是为了提高传输可靠性。

表8.2 高传输速率PLC技术所使用的频段

此外，与Wi-Fi不同的是，配置网络时，无需根据其他已经被分配的通道进行任何选择工作。允许用频段的所有通道，即使用全部所谓的“子频段”。因此，同一电力网络上可以同时使用多种技术，并可能导致网络阻塞。出现这种情况时，PLC技术将使用空闲或者非常用型子频段。第13章中，我们将会讨论PLC技术的共存以及互操作性标准的工作进展。

图8.5描述了HomePlug 1.0 PLC网络中各种PLC调制OFDM子频段的频率范围和相关的二进制数据。

图8.5 HomePlug 1.0 PLC OFDM子频段