對低壓電力線載波通信技術的探討

張玉山

（安徽科技學院，安徽 滁州 233100）

對低壓電力線載波通信技術的探討

張玉山

（安徽科技學院，安徽 滁州 233100）

低壓的電力線載波通信就是利用低壓配電線這種傳輸信息的媒介來傳輸語音或者數據的特殊的通信方式，由于電力線有廣泛的網絡覆蓋范圍，因而使得這種特殊的通信方式具有很大的市場潛力和利用價值.這項技術在國外的研究已經非常悠久，有接近百年歷史，其無論在技術上還是在理論上都取得了非常大的成績，也相對我國來說有很大的優勢，因而我國很早就開始對國外的技術和理論進行研究，同時到目前也取得了很大的成績，而由于我國擁有較為獨特的電力網，而研究這項技術的工作也是近年來才開展起來，因而我們需要積極的對這項技術進行研究，本文介紹了低壓電力線載波通信技術的原理、信道的特征和建模、網絡組網以及分析比較了各類載波芯片和關鍵技術、模塊等.

低壓電力；載波通信技術；相關探討

1 這種技術特性的分析

1.1 低壓電力線載波中的信號特性分析

由于從上世紀六、七十年代以來,利用10kV以上中、高壓電力線作為信號傳輸通道的電力線載波電話已經獲得廣泛使用,對高壓電力線進行高頻信號傳輸的研究也已非常深入和成熟.但是,在220/380V低壓電力線上進行信號傳輸,與高壓電力線載波通信有較大的區別,突出表現在工作環境惡劣、線路阻抗小、信號衰減強、干擾大且時變性大等特點.

我們知道,低壓電力線上的信號衰減特性和干擾特性非常復雜,而且隨機性、時變性大,難以找到一個較為準確的解析式或數學模型加以描述,這也是為什么長期以來對低壓電力線高頻信號傳輸特性的分析多以定性分析和實驗數據測試分析為主的原因.即使有些學者提出了一些模型,但是這些模型也往往是附加了許多假設和限制,因而也是不精確的或適用面很窄.這種精確數學模型的缺乏,對低壓電力線載波通信設備的設計提出了很高的要求,即要求其有很好的自適應能力.但同時,出于實用角度的考慮,為了獲得合理的性價比,又要求其成本要限制在一定的范圍內.這些對系統設計而言是一項挑戰.

1.2 擴頻通信技術的應用

目前常用的擴頻技術包括直接序列調制、調頻擴頻和利用掃描頻率進行載波三種，雖然現在運用載波通信技術還很困難，但是可以利用特殊的技術運用低壓電力線來改善通信的信道,當下，低壓的電力線載波通信正在向著擴頻通信方向開展，擴頻通信技術的使用,不僅可以有效的降低電力線上的衰減效果，還可以克服強大的干擾，從而提升了通信系統的可靠性.

2 載波通信技術應用系統的設計介紹

由于低壓電力線的載波通信技術在實際應用通信的質量受到很多因素的影響，這些因素中扮演重要角色的就是通訊信道的衰減性和阻抗性和噪聲的干擾，而阻抗性主要會對通訊信號的傳輸距離造成影響，噪聲的干擾卻會對通訊的質量造成嚴重的影響.因而這兩個重要的因素會對通訊的質量造成直接的影響，只有有效的研究和分析了這兩個因素，才可以對低壓電力載波通信技術進行相對周全或者完善的設計，因而設計方面需要注意下面幾個方面；

2.1 由于電力線在設計的過程中采用的材料和對抗阻的設計使得其阻抗通常較小，因而使得通信系統的發送和接收端必須要嚴格的進行控制，避免因抗阻不匹配出現傳輸過程中能量的損失.

2.2 由于在室內的電力線上傳輸高頻信號時會發生一定程度的衰減，而且當信號在電力線上傳輸時會受到一定的干擾和噪聲影響，因而在設計室內的電力線為通信信道時必須要提升其抗干擾的能力，方能達成較小信噪比的通信系統，在載波通信中經常采用正交頻復用和擴頻的技術，擴頻的技術主要具有的優點就是當信噪比小的時候可以較高和較好的對信噪比進行接收，而正交頻復用的技術不僅具有擴頻技術所具有的優點，還擁有多徑干擾以及抗頻率選擇性衰落的優勢.

2.3 在進行通信的時候要合理的對寬帶和波頻率進行選擇，并要做到具體情況具體分析信號在頻域上衰減的狀況和噪聲頻譜的密度.如果按此優先考慮的話當然選取較低的頻段，而如果優先考慮的是噪聲的因素的話那么就會選取高的頻段，所以在實際的生活中需要綜合的考慮兩方面的因素，看哪個因素占到主導地位就優先考慮那個因素，綜合比較分析之后再進行頻段的選取.

2.4 通常情況下家庭的電網分支較多，而且由于存在駐波和反射、抗阻不相匹配等現象，信號在經過不同的分支到達最終的接收端時會產生很強的多徑干擾，此時如果采用rake接收機的話不僅僅可以起到抑制多徑衰弱的效果，而且還能降低錯誤碼的概率、有效的分集信號能量.

2.5 由于通信質量的好壞很大程度上受到了噪聲的影響，因而噪聲源與通信之間距離的遠近是影響強弱的關鍵，如果實在無法更改二者之間的距離，那么可以在通信接收的位置多安裝一個具有很好隔離作用的阻波器.

2.6 在降低誤碼率的方面可以采用適當碼長的卷積碼.

2.7 除了上面提到的噪聲和誤碼率等需要考慮之外，還有一個需要考慮的方面就是通訊信號在傳輸過程中的衰減，而在降低這種衰減的起到非常重要作用的就是時變性，所以需要在整體系統的設計過程中考慮刀自適應的能力，必須使得其能夠依據信號衰減的具體情況來自動的調節發射機的功率和接收機方面靈敏度，從而保障通信的質量.

2.8 在具體的設計過程中要可能的降低較長數據分組的出現，如果一定需要使用的話可以通過重新分組打包的方式來將其長度縮短，而由于存在脈波的干擾，數據組的長度的縮短有利于降低脈沖的干擾，從而可以有效的使得數據傳輸速度得到保證.

3 低壓電力線載波通信技術在國內的應用探討

由于供電網絡的發達使得這種通信技術有了廣闊的發展平臺，這種技術具有很多的優點，例如：有效的節約布線、不會占用無線頻道的相關資源，降低工程的作業量、后期的維護也相對傳統的來說簡單很多.而隨著科技水平的不斷進步和發展，以及我國電網的開放，這種技術在我國的應用范圍將會越來越大，具體的例子就是家具的智能化發展和變化，智能化小區的建立和自動抄表等等.

3.1 家具在智能化的過程中對這種技術的應用探討

所謂家具網絡的智能化就是將家庭中各類微型的控制器和PC連起來，從而形成一個家庭網絡，從而使網絡內的設備得到智能化的管理，同時還可以實現只要有插座就可以連入網絡.而由于這種技術無需架設信號線，組網的工程可以在不破壞原先家具環境的情況下完成，而且工程的造價也相對容易控制，還能保證系統工作的穩定性.通常情況下，電力寬帶的上網系統主要是由PC機、PLC設備、電力的modem以及路由和交換機等組成，在利用低壓的電力線進行組建網絡時，是先經過電力modem，將PC機的信號處理為特別電力信號，然后這經過特殊處理的電力信號通過電力線路傳輸至PLC設備，在這個設備中會將這個電力信號還原為原先的信號，然后經過交換機和路由等進入網絡中，從而實現電力線路進入互聯網的目的.

3.2 自動抄表的系統應用該技術的探討

自動抄表這個系統在我國盛行于1980年左右，只不過雖然很早興起但是發展卻緩慢.直到03年左右才逐漸推廣開來，而真正迅猛發展的時期是06年左右，那幾年才是電力載波自動化抄表的黃金發展期.當下由于低壓電力線載波通信的相關技術正在不斷研究和完善，而由于應用這種技術之后，抄表的工作將不會受限于空間和時間，居民也可以隨時的查詢到自家用電的多少，電力管理的政府部門也能夠準確而及時的獲得電能相關的數據資料，因而這種自動化的抄表技術已然進入應用的階段.

3.3 電力線載波通信系統網絡組網的相關探討

低壓的的配電線路有時變性和物理拓撲，而信道的質量很大程度上可以影響到邏輯拓撲變化，這樣會影響整體系統的通信可靠性，經過研究有的研究者認為可以從網絡模型和高速電力線通信方式的角度進行分析，從而發掘出更為恰當的算法來優化電力線通信的網絡，從而有效的提升整體電網的可靠性.已經有研究對低壓配電網窄帶電力線通信數據邏輯鏈路的選擇、建立和自動路由等做了研究和探討，并提出了一種基于非交疊分簇的動態路由算法和網絡重構算法，來保證通信網絡的有效性.有些學者提出在低壓配電網電力線載波通信中采用網絡自組與重構技術，可以自動偵測可通信邏輯節點和最佳中繼節點、動態調整路由和配置中繼信息以及自動識別節點的投入或切除，從而實現低壓配電網中點到點、點到多點的可靠通信.

4 總結

低壓電力線的載波通信技術現在正在成為整個通信領域研究的重點內容，由于其具有很多的優勢和市場潛力和實際應用價值，已經在國外的很多國家得到實際的應用，而我國由于低壓電力網存在一定的特殊性，使得在分析通信信道和建模方面存在很大的難度，不可以直接將國外成功的案例或者成熟的技術直接進行搬用，同時相關的產品也無法使用.但是隨著我國近幾年來對相關領域研究的高度重視，已然取得了不錯的成果，使得我姑的低壓電力線載波通訊技術得到了一定的發展，其中電力載波芯片（自主研制開發）的出現標志著我國在這一領域的突破，但是同國外的成熟技術和專業的研究機構來比較還存在不小的差距，因而我們應該不斷的加強對此項技術的投入和應用，他的應用方向除了上面提到的那些之外，還有很多其他的地方，例如：農業灌溉中的節水監控等，正是由于其具有廣闊的應用空間和前景，我們才要不斷的進行相應的研究和開發.

綜上所述，低壓PLC技術將會給企業、社會帶來巨大的效益,對于打破電信行業的壟斷,引入競爭機制,發揮市場效應都有著不可估量的作用.對于電力企業來說,如何利用該項技術的優勢,以期在未來的激烈市場競爭中獲得一席之地,是值得我們進一步研究的.

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〔3〕劉曉勝，熊四軍，戚佳金.基于混沌跳頻的電力線交織編碼技術[J].電力系統自動化，2008(14).

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1673-260X（2012）02-0054-02