電力載波（PLC）通信技術的研究與應用

摘 要：文中闡述了國內外對于電力載波通信技術的研究現狀以及電力載波通信技術的發展現狀，對目前主要的電力載波通信技術的特點進行分析，探討其主要的應用，并針對電力載波通信技術的發展現狀，探討電力載波通信技術的發展趨勢及研究方向。

關鍵詞：電力載波通信技術；應用；特點；研究；發展趨勢

中圖分類號：TN913 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 24-0000-02

電力載波通信技術在電力傳輸網絡中，有著十分廣泛的應用，他主要的技術原理是在進行信息的交換及數據的傳遞的過程中，傳輸的媒介是已有的配電網，20世紀20年代初期，電力載波通信技術誕生時主要用于電話信號的傳輸。

PLC是電力載波通信技術的簡稱，然而在廣義上PLC技術包含的是兩方面的內容，一個是簡稱為DLC的配電線路載波技術，這項技術主要是面向自動化的配電網絡的，將面向進戶及戶內線路的技術簡稱為PLC，運用電力線路進行通信，能夠避免重新進行線路的鋪設，并且電力線路的覆蓋范圍相當的廣泛，因此低壓電力載波通信技術收到了越來越多得關注，本文就將結合電力載波通信技術的特點及其發展做出分析探討。

一、電力載波通信技術的特點

（一）電力載波通信具有時變性及隨機性

在電力網絡中，低壓的電力線路是直接面向用戶的，用戶在使用的過程中，接入的負載的種類及大小具有時變性及隨機性，是難以進行正確的預測的，另一方面，低壓的配電網絡通常比較復雜，還經常會受到一些不可抗拒的自然因素的影響，這使得在進行低壓電力載波通信時，需要面臨很多的時變性及隨機性的因素的影響，這對低壓電力載波通信技術的發展造成了一定的影響。

（二）電力載波通信具有復雜的輸入阻抗特性

在理想的情況下，低壓配電網絡的輸入阻抗是隨著頻率的增大而較小的，但是在實際的低壓配電網絡中，低壓電力線路中的輸入阻抗的變化并不是隨著這一規律進行變化，其變化特性更加的復雜，造成這種現象的主要原因是在低壓線路上，連接著各種各樣的負載，這會與電力線路形成共振電路，并且共振電路的數量是眾多的，在共振頻率以及相接近的頻率段上很容易形成低阻抗區域，并且電力線路上的負載接入與斷開具有一定的隨機性，這會造成輸入阻抗會有較大幅度的變化，在低壓電力線路上的不同的區域也具有不同的輸入阻抗，其輸入阻抗通常比較復雜。

（三）電力載波通信具有較強的噪聲干擾

抑制低壓電力線路進行良好的信息與數據傳輸的一個重要因素就是在低壓電力線路上存在大量的較強的噪聲干擾，主要的噪聲有：周期脈沖噪聲、突發性噪聲、窄帶干擾噪聲、穩態背景噪聲，在所有這些干擾噪聲中，對電力載波通信的影響最大的為脈沖干擾，其能產生的干擾的強度是非常的大的，電力線路上的用電設備在隨機的接入及斷開的過程中會產生突發性噪聲，在整個的通信頻帶上都分布著背景噪聲，

（四）電力載波通信的過程中信號的衰減較大

在電力載波通信的過程中，信號在低壓電力線路上傳輸會受到各種因素的影響，信號在傳輸的過程中很容易發生諧振、反射等現象，信號在這個過程中產生的衰減具有一定的復雜性，當有高頻信號在低壓電力線路上進行傳輸時，在電力線路上會不斷的有負載接入或者斷開，并且這些過程的發生是不可預測的、隨機的，這必然會導致高頻信號產生一定的衰減，有研究發現，信號在傳輸過程中產生的衰減與傳輸的距離的長短有一定的關系，一般情況下，信號的衰減幅度與頻率有一定的關系，但是遇到諧振、反射等突發情況的影響，信號的衰減會出現較大幅度的變化。

二、電力載波通信技術的國內外研究現狀

關于電力載波通信技術的研究，國外很多國家較早就開始了該項研究，尤其是瑞士、美國、韓國、德國等國家，對于該技術的研究較為成熟，世界上很多國家都制定出了電力載波通信技術適用范圍的相關標準，也有很多國家相繼研發、生產力自己的電力載波Modem芯片，英國的S WEB公司在1993年成功的實現了電力載波通信技術的研究，在地區性的有限的遙測系統當中，御用中、低壓得配電網絡實現了兩路的數字載波通信，將現有的氣表計、水表計、電能表計等連接起來，成功實現了天然氣、水、電能的自動的抄表等功能。

美國在研究電力載波通信技術時，主要研究將該技術應用于智能家電及智能小區的建設當中，例如，致力于電力通信網絡的組建的通用標準的建設當中的家庭插電聯盟，其是由因特爾、惠普、思科等公司組成，并與2001年開展了世界范圍內的五百多個家庭的實驗。

歐洲在進行電力載波通信技術的研究過程中，德國是眾多的開展研究中的典型的國家，德國著名的西門子公司，在研究的過程中研發出了將電力線作為載體的高速的上網服務，RWE能源股份有限公司作為德國最大的電力設備生產商，研發出了將數據與電話信息通過公用的電網進行傳輸的技術，用戶可以通過低壓的電網進行因特網上的數據的傳輸與瀏覽，并且網絡高于同期的其他技術的三十倍。

近年來，隨著各種技術的飛速發展，各國關于電力載波通信技術的研究不斷取得新的進展，很多國家已經開始使用以電力載波通信技術為基礎的高速互聯網的傳輸技術，PLC的專用芯片的研究也越來越廣泛，其研究技術也取得了巨大的進步，有些實用性較強，技術成熟的芯片已經在實際的應用中得到了較為廣泛的應用。

相比于西方的很多研究起步較早的國家，我國關于電力載波通信技術的研究，研究的發展速度是十分的迅速的，但是起步較晚，隨著國電中心的關于ISP業務的申請得到了中國信息產業部的正式批準，我國關于電力載波通信技術的研究取得了飛速的發展，電力線數據的傳輸、電力線的高速上網技術逐漸得到了實現，電力調制解調等技術的應用，能夠成功實現各種電氣設備之間的數據的傳輸，很多成熟的技術已經應用于生產生活當中，未來隨著電力載波通信技術的研究的深入，定能取得更多的突破性的進展，使我國在這一領域的發展更加的成熟，應用更加的廣泛。

三、電力載波通信技術分析

（一）正交頻分復用原理

正交頻分復用技術是將需要傳輸的信號進行分解，分解成多個子信號，將這些子信號分別進行調制，使其成為多個相互正交的子載波，在發送端將這些子載波一起進行發送，在接受端接收到所有數據后將這些數據進行合并，這會大大的提高數據的傳輸效率，這是一種多載波的調制技術，這其中應用了頻分復用技術、并行的數據傳輸技術將信息通過相互重疊的子信道進行同時的傳輸，通過對多信號的效率的擴展，能夠極大的對脈沖干擾噪聲的影響產生抵消作用，正交頻分復用技術的通信原理為：在發送端要發送串行的數據信號，這些信號首先要進行串行轉換，將串行的數據信號轉換為并行的數據，其次將以基帶的形式進行IDFT調制，在這個過程中還需要在數據的碼元之間插入循環的前綴，然后再將其轉換為串行的數據，經過濾波之后，運用低壓的電力線路對其進行傳輸，在接受端，運用DFT變換就能將原來的基帶信號進行恢復。多載波的頻分復用技術具有較高的帶寬利用率，抗干擾能力很強，它能夠將信息進行靈活的分配，分配在不同的載波頻帶上的信息能夠有效的客服窄帶的干擾，同時結合前向糾錯碼，能夠很好的克服脈沖噪聲的干擾，因為具有諸多的優點，在電力載波通信技術中廣泛的應用了多載波頻分復用技術，具有較高的可靠性。

（二）擴頻載波通信技術

擴頻技術指的是將需要傳輸的信息進行擴頻，使其在一個比信息的帶寬要寬的多的頻帶上進行傳輸，接收端在接受到信息之后，首先要進行信息的解擴，將接受到的信息恢復到其擴頻之前的帶寬，其主要的過程如下圖所示。

在近些年的電力載波通信技術中，擴頻載波通信技術的發展非常的迅速，廣泛的應用于軍事的通信中，并且具有十分重要的地位，隨著各種先進技術的發展與普及，擴頻載波通信技術也在很多的民用通信中得到了較為廣泛的應用，擴頻載波通信技術在信息的傳輸過程中，運用了偽隨機編碼技術，對需要傳送的信息進行了調制，對傳輸的信息數據進行頻譜的擴展之后，再進行信息數據的傳輸，在信息的接收端，再采用相同的編碼對接受到的信號進行解調，如此得到想要的信息數據，信道的容量可以通過香農公式來進行計算，信道的容量與帶寬及信噪比等因素有關，香農公式的具體的表達式為：“C=Blog（1+P/N）”，式中，C表示的是信道的容量，B表示的是頻帶的帶寬，P/N表示的是信噪比，式中的信噪比與帶寬是可以進行互換的，想要在傳輸信息的過程中，用任意小的差錯率及相同的信息率進行傳輸，如果頻帶的帶寬有所增加，可以相應的降低信噪比。

通過以上的分析發現，擴頻載波通信技術的信號的隱蔽性能較強，并且具有很好的抗干擾性能，對于低壓電力線路網絡中的大量的噪聲的干擾及各種隨機性的干擾具有較好的適用性。

（三）傳統的電力載波通信技術

在傳統的電力載波通信技術中，主要的傳輸方法是運用載波調制的方法，通信采用的傳輸方式是頻帶傳輸，常用的調制方法有：PSK，FSK，ASK，通過此種方式能夠將攜帶有有用信息的數字信號的頻譜，通過一定的方式搬移至較高的載波頻率上，相移鍵控系統由于具有較好的綜合性能，廣泛的應用于載波通信技術當中，頻移鍵控系統對于傳輸帶寬的要求較高，需要較大的傳輸帶寬，因此在低速的數據傳輸當中通常采用這種調制方式，在實際的電力載波通信的應用中，很少用到幅值鍵控的調制方式，因為該系統通常具有較差的誤碼率指標；頻移鍵控系統在數據的傳輸過程中對電力線路的質量的依賴通常比較小，因為該系統在傳輸的過程中，使用的是兩個頻率不同的高頻載波來進行數據的傳輸，通過調制，傳輸的信號是由0、1組成的序列，這能夠有效的防治傳輸線路中噪聲的干擾，對于頻繁變化的電力線路的阻抗也具有很好的適應能力，另一方面，該種信號在傳輸的過程中只需要較窄的頻帶即可以完成信號的傳輸，為了提高信道的利用率，可以對頻帶進行有效的劃分，實現信號的多路傳輸，這種傳輸方法，既大大提高了信道的利用率，又有較好的抗干擾性能，頻率的調制技術發展較為成熟，在實際的應用中也是十分的廣泛的，將其應用于電力載波通信當中，使通信系統兼具了系統簡單、成本低廉的特點，廣泛的應用于日常的生產生活當中。

（四）電力載波通信技術的應用

國外關于電力載波通信技術的研究較早，很多公司在研究的過程中都研發出了自主研究的電力線載波Modem芯片，并制定出了相關的使用范圍標準，在國外的研究中，很多國外的電力線載波Modem芯片的研發都是結合其本地區的電網結構及電網的特性來進行研發的，國外在進行芯片的研究時，主要的研究方向是將其應用于家庭內部的自動化進行設計，下面將介紹幾個典型的芯片。

比較早的電力線載波芯片的典型代表是XR2210/XR2206，關于它的研究開發并不是為了專門針對電力線載波，它是一組調制解調的芯片，采用的是FSK的調制方式，它還能應用于其它的通信領域，如無線與有線的通信當中，另一種采用FSK調制解調方式的芯片是LM1893，這款芯片只是在普通的FSK調制解調芯片上做了小范圍的改進，這兩種芯片在我國都沒有應用。

PLT-22電力載波芯片是針對工業控制網來進行設計的，這款芯片是Echlon公司推出的，其中采用了多種的容錯、糾錯技術，調制解調技術采用的是BPSK，該芯片的價格較高。

INT51X1芯片具有較高的傳輸速率，它是一種基于PLC寬帶接入的調制解調芯片，它采用的是OFDM技術，該芯片能夠利用高頻特性來實現對數據的高速傳輸，使用的過程中不需要復雜的編程，只需要進行簡單的初始化即可，使用起來非常的方便。

由以上的分析可以看出，載波信號的調制解調是電力載波通信技術的核心內容，運用低壓的電力線路進行數據與信息的傳輸，不需要重新進行傳輸線路的鋪設，十分的方便，隨著電力載波通信技術的發展進步，電力載波通信的抗干擾能力、數據的傳輸容量、通信速率各方面都在不斷的提高，在國內市場中的應用也越來越廣泛。

四、結束語

電力載波通信技術是運用已經存在的低壓電力網絡進行數據與信息的有效傳輸，隨著電力載波通信技術的不斷發展，電力載波通信技術中存在的缺點，各方面的技術在不斷的改進，在以后的發展過程中電力載波通信技術將會得到越來越廣泛的應用。

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[作者簡介]邱霞（1982-），女，湖北黃石人，教師，講師，碩士，研究方向：電子儀器。

[項目支持]湖北理工學院校級青年項目，項目編號：09yjz19Q。