低壓電力載波發展現狀與分析

陳煦斌　秦立軍

電力線通信（Power Line Communication）技術，出現于二十世紀二十年代初期，是一種數據交換和信息傳遞的一種實現手段，簡稱PLC技術，PLC技術利用現有的電力線作為通信介質，實現信息交換和數據傳遞。

電力線載波技術，不需鋪設額外的通信線路，既充分利用了電力線資源，成本也得到極大的降低。目前由于一些相關難題的限制，配網載波技術的應用還主要集中于水、煤氣、電表等的自動抄表通信中，隨著技術的完善，載波也將成為局域網接入中一項很有競爭力的技術。

1.載波的研究前景

電力線載波通訊省去了不必要的鋪線工程，利用現有交流電源線作為通信通道，具有諸多優點，如投資少、通道可靠性高、通信網絡建設隨著電網建設發展等，有無法比擬的優越性。研究電力線載波技術，對于發展電力通信產業，為電力企業進入電信服務提供途徑具有重大意義，不僅如此，載波通信充分利用電力資源優勢、電力設施等，對節省通信成本，為電信用戶提供方便的、價格合理的寬帶接入和訪問Internet有重要的意義。

目前智能小區、智能大廈越來越成為市場聚焦的熱點。由于電力載波通訊有其無法比擬的優越性，各開發公司紛紛把注意力投向載波通信，將其作為智能大廈、智能小區通訊方式的首選，使它的發展前景更加地廣闊。家庭網絡的通信媒介十分繁多，包括雙絞線、無線通信、光纖、同軸電纜、紅外線等。雖然通信方式多種多樣，但它們大部分在實際使用上卻有不少麻煩。對于大部分有線通信，一般需要穿墻打孔，這是大多數用戶不愿意的；而對于無線通信方式，需要付出較多的通信成本，于是，電力線的優勢就愈加明顯。

2.載波芯片的現狀

目前載波通信的廠家較多，產品也千差萬別。產品形式也多種多樣。既有一些廠家采用標準協議，也有一些廠家使用專有協議，生產的的產品既有單芯片、雙芯片的形式，也有模塊、成品的形式等，不僅如此，通信傳送速率也有低、中、高速之分。但核心的技術主要還是幾種，包括窄帶載波（雙頻、鏈碼自適應調制）、擴頻（直序擴頻、Chirp）、MCM（多載波調制）、DMT（離散多音頻）、OFDM（正交頻分復用）等。以下是其產品概括：

（1）采用協議

標準協議：采用標準協議，可方便用戶進行調試，擴展以及再次開發。

專有協議：采用參加廠商自己設計專用協議，則用戶設計自己的系統時要嚴格按照該廠家的協議，因此系統擴展及與其它廠商產品集成時工作量較大。

（2）產品形式

成品：直接提供所需的產品，無需用戶自己開發。

模塊：以一定的電路實現某些功能，集合成相應的模塊，用戶通過組合模塊以滿足自身的需求。

雙芯片：不僅提供給用戶核心芯片，還提供一些重要的外圍電路芯片。雙核芯片的產品形式，主要是因為核心芯片的速率比較高，一些外圍電路（如： 濾波電路、采樣電路、耦合電路等）設計比較復雜，廠商為了方便用戶使用，縮短應用的開發周期，于是設計好相應的滿足速率要求的外圍電路，并且以芯片的形式提供給用戶。

單芯片：只提供給用戶核心芯片，保留最大自由度，用戶可根據自己的需求對其產品進行開發。

3.電力載波技術的發展方向

近年來，隨著電力科學的不斷發展，載波技術也在持續更新與進步，其主要的發展方向與出現的新技術，有以下幾點：

（1）語音壓縮技術

語音壓縮技術，采用碼本激勵線性預測編碼 （CELP）技術，矢量和激勵線性預測編碼（VSELP）技術，可進一步壓縮話音信號的帶寬。

（2）寬帶電力線載波技術[1]

寬帶電力線載波技術可以極大地發揮電力線網絡的通信潛能，實際上是把低壓配電網變成了通信局域網，因為依據奈奎斯特準則，任意信號通過帶寬為b的理想低通濾波器時，能夠完全重建的信號最大速率每秒2b個抽樣，若為M元信號，則信號的最大速率為每秒2b×log2M個抽樣，若采用糾錯編碼和多進制限制相結合的TCM技術（網絡編碼調制），與傳統電力線載波相比，帶寬提高了近百倍，可為遠端用戶提供6～10MHz的帶寬。

（3）超窄帶載波技術

超窄帶載波技術，是一種非常狹窄的頻帶內傳送信號的技術。雖然超窄帶載波技術傳輸速率比較低，但穿透能力卻很強，在不大于 200km的范圍內，無需任何中繼，在低功耗的情況下，可穿透多級變壓器，這是由它本身的特性所決定的。超窄帶載波名稱的由來，是因為5～9.5Hz之間的頻率被分配到超窄帶的每個獨立發送源，每個頻道的帶寬為0.0015Hz，而每個載波模塊的雙邊頻帶里包含了真正需要傳輸的數據。二進制的方式寫出來的數據并加上同步位，然后依據分配的頻帶以及電力線的頻率發送不同頻率的電流信號。超窄帶載波技術發送出的信號有很強的穿透力，這是因為它是在電力線工頻的基礎上通過變壓器的。

4.存在的問題及解決方法

雖然低壓電力線載波通信有諸多優點，但其目前尚未達到令人滿意的水平，這使得低壓電力載波通訊網絡的廣泛應用仍受到一定程度上的限制。低壓電力線載波通信現今仍存在以下幾點問題：

（1）當電力線上傳輸的負荷比較重時，載波信號的會受到比較大的削減也會增大。

（2）現階段電力載波信號的傳送仍受限于一個配電變壓器的區域范圍內，因為它的傳輸受到變壓器的阻隔，這使電力線載波的應用受到了很大程度上的限制。

（3）電力線存在本身固有的脈沖干擾。目前國內使用的交流電的頻率為50Hz，周期為20ms，也就是說，在每一個周期內，都會出現兩次電壓峰值，這就會帶來兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的頻率為100Hz的干擾。

（4）各種各樣的用電設備接于電力線上，它們的阻抗特性，負荷大小各不相同，它們的頻繁開閉，使電力線上存在各種各樣的噪聲干擾，這些都會對載波信號的準確傳送帶來障礙。

（5）國內的配電網絡也存在自身特有的問題，如居民小區的低壓配電線路設計有許多不符合規范，電源布線不夠合理，電源插座的質量參差不齊等，這些使得國外載波應用的產品和實例無法直接應用于國內。

以上這些存在的諸多問題，給電力線載波通信的大范圍推廣造成了阻礙。

5.結束語

本文對主要是介紹抵押電力線載波通信系統，包括現在載波通信的研究前景，發展現狀及其涉及的算法和技術。電力線載波通過載波的方式將模擬信號或者數字信號在電力線上高速傳輸，不僅不需要線路投資，而且具有高可靠性，具有極其廣闊的發展空間。