电力线通讯(plc)系统工程系列专刊(四)：电力线通讯调变传输技术

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1、電力線通訊(PLC)系統工程系列專刊(四)─電力線通訊調變傳輸技術台電綜合研究所蒲冠志博士工研院資通所林俊良專案經理本文主要針對台電公司現有之電力線系統進行載波頻段傳輸特性之測量及探討配電系統對訊號衰減及阻抗匹配等問題，同時也建立電力線之傳輸模型，來作為訊號傳遞分析之依據。另外，亦進行電磁干擾之測量，並分析可能干擾電力線載波的雜訊來源。調變技術介紹數位訊號在自由空間中或是材料介質中傳輸時，常會遭遇到的干擾問題包含：交互符號干擾(InterSymbolInterference,ISI)、反射干擾、串音干擾(Crosstalk)、雜訊干擾、

2、多重路徑干擾(multipathfading)等，針對這些干擾我們做簡短的敘述。1.交互符號間干擾ISI是數位通訊系統中主要的干擾源，它是一種「乘性」的干擾，造成ISI的原因一般是通道衰減或訊號延遲所造成的波形失真，在通道(channel)頻帶寬度有限下免不了會產生ISI，以一定速度傳輸波形序列受到非理想通道的影響，常造成各符碼間波形延遲從而使相鄰符碼的波形產生重疊，造成接收端取樣判斷的錯誤。－1－2.反射干擾反射干擾與通道阻抗匹配有很密切的關係，訊號在通道中傳輸，通道等效阻抗容易因電纜線分接點阻抗的漂移而產生不阻抗匹配的問題，阻抗的突

3、變會使訊號傳輸引起功率的反射或反射波耗損，等效阻抗為75Ω的同軸電纜(coaxial)一般在匯流排的終端要加裝終端器(terminator)就是一個常見的例子，終端器即是為了吸收電纜終端的訊號，終端若開路會使得整個訊號全數反彈產生干擾。3.串音干擾串音干擾常發生於線束之間的線間干擾，在同一條幹線的電纜中，可能形成電容或電感的耦合效應，因此發送信號可能經由耦合方式進入其他發送器或接收器，串音干擾對於高頻訊號影響尤其嚴重，其一般分為近端串音(Near-endcrosstalk，NEXT)及遠端串音(Far-endcrosstalk，FEXT

4、)。4.雜訊干擾數位訊號傳輸常會受到若干雜訊的干擾，這些雜訊源通常是家用電器的開關切換，電動機啟動等電力電子元件所引起的突發性干擾，通常為傳導性或耦合方式產生於傳輸線路之中。一般在雜訊源較多的環境中，為了確保接收信號強度足以對抗外界雜訊源，因此定義變動範圍及訊號雜訊比(S/N)需落在一個可接受的合理值內。5.多重路徑干擾多重路徑干擾的問題一直存在無線傳輸系統之中，在理想的無線通訊系統中接收機的訊號會完全與發射機相同，實際上的無線電訊號－2－在傳輸的過程中會經過各種干擾與衰減，在經過反射、繞射及折射接收端收到的訊號已經變了樣。下圖中1可視

5、為發射機，2為接收機，而所謂的多重路徑事實上是指訊號由發射機到接收機的路徑並不為單一路徑，可能具備有多種路徑，不同的路徑其距離並不會相等，所以接收機收到的訊號會具有不同的時間延遲，這現象往往容易造成接收端的取樣錯誤。31122圖：多重路徑傳輸路徑示意圖要瞭解多重路徑現象，首先考慮靜態(Static)多重路徑環境，假設發射信號至接收機有兩類的衰減型式，不同的延遲時間會造成兩接收信號相對的相位差，有兩種極端的情形可能發生：(1)相位差為0度兩信號相加，如下圖(b)所示。(2)相位差為180度兩信號相減，如下圖(c)所示。針對這些常見的干擾問

6、題，可以利用各種調變技術將其改善，調變(modulation)與解調(demodulation)是通訊中的基本技術，將帶有資訊的訊號轉換成第二種訊號的步驟稱之為調變，而將帶有資訊的信號還原稱之為解調；通訊系統用到的調變技術除了熟悉的ASK與FSK外，相移調變(phaseshiftkeying)是常用的技術之一，而如二位元相移調變(BinaryPhaseShiftKeying,BPSK)、正交相移調變(QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK)、正交幅移調變(QuadratureAmplitude－3－Modulat

7、ion,QAM)都被廣泛的使用。圖：多重路徑干擾【幅移調變（AmplitudeShiftKeying,ASK）】ASK是運用振幅的不同來表示所要傳送的資訊，以固定的振幅大小來表示數位訊號中的邏輯準位1及邏輯準位0。【頻移調變（FrequencyShiftKeying,FSK）】FSK是利用不同的頻率來表示所要傳送的資訊，由下圖中可看出FSK如何在不同頻率下來表示邏輯1及邏輯0。【相移調變（PhaseShiftKeying,PSK）】PSK透過相位的改變來表示傳輸訊息的內容。表示式如下，A(t)經基底訊號調變後，得到一組調變訊號Sm(t)

8、，其中m是整數其範圍限制在1≦m≦M，若M=2則稱binaryPSK(BPSK)，M=4則稱quadraturePSK(QPSK)。⎡2π⎤Sm(t)=A(t)cos⎢wct+()m−1⎥⎣M⎦－4－圖：A