1  引言
    传递能量的能源系统、传输信息的通信系统和运送人及物的运输系统是现代社会结构的3大基础与支柱，其重要性是不言而喻的。上述3大系统的发展及其工作的可靠性和有效性决定了人类社会的发展水平，而能源系统和运输系统的可靠性及有效性很大程度上取决于为其服务的通信系统的可靠性及有效性。电力系统是能源系统的主要组成部分。事实表明，电力传输系统的可靠性和有效性对为其服务的通信系统的可靠性及有效性的要求是很高的，对其依赖是很强的。只有当通信系统具有移动的功能时，才能真正做到可靠和有效地通信。
    我国是一个幅员辽阔、资源丰富的大国，但自然资源分布不均衡，能源的生产地区和消耗地区之间往往有较长的距离。长距离、大容量的电力传输一直是我国电力网的突出特点。在这些电力传输线路的建设施工、维护和检测控制中都需要通信系统的支持，包括无线移动通信系统的支持。电力传输系统的线路往往要穿越人烟稀少的崇山峻岭，在这人群分布稀少的地区很难得到公用移动通信系统的支持，而专用的移动设备在山区又很难进行有效的通信。由于设备复杂、价格昂贵，依靠短波电台和卫星通信系统并不是很好的解决途径。因此有必要寻求其他的通信方式为这种环境中的工作人员（主要是施工人员）提供服务。电力传输系统中的电力线是一个可供利用的信道，尽量开发和利用这一现存的信道是电力传输系统中一项有意义的工作^[1,2]。
    本文给出了一种借助电力传输线实现移动通信的技术方案。该方案利用施工建设中所架设的电力传输线为工作于边远山区的施工者提供移动通信服务，较好地解决了在电力传输线路建设施工中的移动通信问题。
2  感应通信原理分析
    借助于电力传输线实现移动通信具有感应通信的性质。电力线可认为是一根感应线^[3,4]。如图1所示，当感应线附近的电台1发射信号时，由于电台天线和感应线间的耦合作用，会在感应线中产生感应电势E₃，因而产生电流I₃。I₃在流经电台2处所产生的交变电磁场经感应线与电台2天线间的耦合进入电台2，完成电台1到电台2的通信。这就是所谓的感应通信。可见在感应通信过程中存在2种主要损耗，即耦合损耗和衰减损耗^[5]。对于耦合损耗：

式中 α_c为耦合损耗；f为工作频率；r为发射机到接收天线的距离；K₁为与介质常数有关的正常数。 
    传输损耗可分为2个部分：导体损耗α_t和介质损耗α_g：

式中 σ、μ分别为电导率和磁导率；K₂为与导线性质及几何尺寸有关的正常数；ε_r为介电常数；δ为介质损耗角；K₃为一正比例常数。
    由式(1)可知，在感应通信的过程中，耦合损耗随工作频率的增加而减小；由式(2)和(3)可知，传输损耗恰恰和耦合损耗相反，随工作频率的增加而增加。
3  系统方案及工作原理 
    由上述分析可知，在感应通信中为了降低系统的损耗，则希望在感应线（此处实际上是电力传输线）上传输的信号频率越低越好（实际为几10kHz到几百kHz）。而为了使手机和感应线（电力线）之间的耦合损耗小，则要求工作频率越高越好（一般在几百kHz以上）。在工作频率上二者的要求是相反的，但只要在线路适当的地方插入频率转发设备，变换工作频率，则问题就可以得到解决。
    （1）系统网络结构
    图2为该方案的网络结构图。

    图中A₁和A₂ 为中心转发器，它们具有相同的电路结构和性能。在相邻2个中心转发器中插入4个中间转发器B₁、B₂、B₃ 和B₄，其中B₁ 和B₃ 的结构及电路参数完全相同，B₂和B₄的完全相同，它们的区别仅在于所能接收的手机载频不同，使得手机在不同的区域应用不同的载频发射信号，以避免相邻B1和B2同时转发同一手机信号而发生干扰。A_i和B_i均插入电力传输线路而与之耦合。根据计算和实验结果，相邻转发器的距离一般为6~12km。A₁、A₂及其之间的设备可组成1个单元。1个单元可覆盖长50km左右的距离，更长的距离则需用多个单元覆盖。B₁和B₂具有接入电力调度通信系统的能力。在线路施工的最前端必须使用设备B_i。B_i
将手机所发f₁₁或f₁₂的载频信号转发为以为载频的左行信号，并将来自A₁的载频为的右行信号转发为载频为f₂的信号供手机接收；A_i将载频为的左行信号转发为载频为的右行信号。这样的系统工作是协调的。分析和实验表明，取下列值是合适的：f₁₁=380kHz，f₁₂=420kHz，f₂= 800kHz，=25kHz，=50kHz。
    （2）系统设备及其工作原理
    中间转发器的作用是把收到的右行信号转发为载频为f₂的信号，并送入线路以供移动手机接收以及把所收到的手机发送来的载频为f₁₁或f₁₂的信号转发载频为的左行信号。其电路原理图如图3所示。

    来自手机的载频为f₁的信号感应至电力线上后，经电力线耦合器进入BPF₁，经PD₁、LPF₁和VCO₁进行锁相鉴频；鉴频后的信号经由缓冲放大器A₁进入由PD₂、LPF₂和VCO₂组成的锁相环2进行调频；然后经N₂分频、BPF₂滤波，经由电力线耦合器送出形成左行信号。而由电力线送来的右行信号进入耦合器，经BPF₅以及PD₅、LPF₅和VCO₅组成的锁相环5进行解调，解调输出经缓冲放大器A₂送入由PD₃、LPF₃和VCO₃组成的锁相环3进行调频；调频后的信号经由PD₄、LPF₄、VCO₄和分频器N₄完成倍频以增加频偏，并经过BPF₃、电力耦合器进入电力线形成发向手机的信号。
    图中OS为振荡频率为400kHz的晶体振荡器，N₄的分频比为2，N₂ 和N₅的分频比为8，BPF₃的中心频率为800kHz，BPF₂的中心频率为25kHz，BPF₅的中心频率为50kHz，BPF₁在B₁中为380kHz，在B₂中为420kHz。同时可输出50kHz信号中解调出的音频信号，进入其他通信系统（如进入电力调度交换系统），其他系统的话音信号可进入中间转发器。
   中心转发器能以锁相环为基本结构实现信号的中心频率从25kHz到50kHz的转发，即左行信号转发为右行信号，
    移动手机可以以380kHz和420kHz为中心频率发射。转发器B₁和B₃只转发 380kHz，而B₂和B₄只转发420kHz的信号，这样可为减少相邻转发器的同频干扰。
4  比较和评价
    对于混频式转发器，由于采用混频器，使调频信号保持较大的频偏，这对提高系统的抗干扰能力有利，但却增加了混频干扰，且使电路更为复杂。采用数字调制方式，可以减少信号在转发中的噪声积累，可提高抗干扰能力，但系统的电路结构较复杂，且要占用较宽的频带。本文方案采用以锁相环为基础的电路结构，使系统中带通滤波器数量减少，低通滤波器数量增多，电路结构简单，工作稳定，容易实现，调整方便，较经济，且在信号进入鉴相器前由于带通滤波器及放大器具有限幅和幅度鉴别功能，因此可消除干扰和噪声。实验表明，其抗干扰能力与数字调制方式相差无几，能够满足实际工程应用需要。
5  结束语
    在崇山峻岭间进行电力传输线路的施工时，一般很难得到公网通信系统的支持。在这种情况下，采用移动通信对提高工程效率，减轻劳动强度，保障安全施工是极其有用的。在这种场合下的有利因素是有较充足的频率资源和电力线这一可借用的信道资源，充分利用这2个有利条件，开发以电力传输线为媒介的移动通信系统，可在电力建设事业中产生明显的社会效益和经济效益。然而这种通信方式依赖于线路的电磁感应，因而只适用于已经布线的场合