淺析電力線通信技術(shù)及其應(yīng)用

黃國君

摘 要：電力線通信技術(shù)是把信息以高頻電流的方式，用電線傳輸出去，通過調(diào)制解調(diào)器把高頻與電流中提取出來，傳送到信息終端，接收的工具是計(jì)算機(jī)或電話，通過這樣的形式可以傳遞數(shù)據(jù)和語音信息。通過電力線通信技術(shù)的信息傳遞方式不僅可以降低經(jīng)濟(jì)成本還能在最短的時(shí)間內(nèi)最大范圍的傳遞信息，而且具有不受時(shí)間地域限制等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力線通信；技術(shù)應(yīng)用

中國目前三網(wǎng)融合狀況，電力線通信技術(shù)只要在使用戶簡單的插上所需要的電源插頭就能輕松的實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)連接，不需要重新布線施工就能完成四網(wǎng)合一的電力線通信工程，尤其是電力線通訊調(diào)制解調(diào)器的應(yīng)用，也可以極大的促進(jìn)電力線通信技術(shù)的普及，無論是在公共場所還是在家庭都可以輕松便捷的進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，來實(shí)現(xiàn)各種形式的信息傳遞。所以隨著信息全球化的逐步實(shí)現(xiàn)，以及用戶對于服務(wù)的不斷遞增，促進(jìn)電力線通信技術(shù)及應(yīng)用來發(fā)展的。

一、基本原理

電力線通信全稱是電力線載波（Power Line Carrier-PLC）通信，是指利用高壓電力線（在電力載波領(lǐng)域通常指35kV及以上電壓等級）、中壓電力線（指10kV電壓等級）或低壓配電線（380/220V用戶線）作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。高壓電力線載波技術(shù)已經(jīng)突破了僅限于單片機(jī)應(yīng)用的限制，已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。并且隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展和社會(huì)的需要，中/低壓電力載波通信的技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用亦出現(xiàn)了方興未艾的局面。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有信息的高頻加載于電流，然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號取出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號，并傳送到終端設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。PLC設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí)，來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。電力線載波雙向傳輸模塊包括：調(diào)制器、振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)、耦合電路和解調(diào)器等部分組成，其中振蕩器是為調(diào)制器提供一個(gè)載波信號。

二、現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的電力線載波通信（PLC）主要利用高壓輸電線路作為高頻信號的傳輸通道，僅僅局限于傳輸話音、遠(yuǎn)動(dòng)控制信號等，應(yīng)用范圍窄，傳輸速率較低，不能滿足寬帶化發(fā)展的要求。目前PLC正在向大容量、高速率方向發(fā)展，同時(shí)轉(zhuǎn)向采用低壓配電網(wǎng)進(jìn)行載波通信，實(shí)現(xiàn)家庭用戶利用電力線打電話、上網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)。國外如美國、日本、以色列等國家正在開展低壓配電網(wǎng)通信的研究和試驗(yàn)。由美國3COM，Intel，Cisco，日本松下等13家公司聯(lián)合組建使用電力線作為傳送媒介的家庭網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)團(tuán)體--”Homeplug PowerlineAlliance”，已經(jīng)提出家庭插座（Home Plug）計(jì)劃，旨在推動(dòng)以電力線為傳輸媒介的數(shù)字化家庭（DigitalHome）。

目前，電力線通信還存在以下兩個(gè)方面的問題有待進(jìn)一步研究： （1）硬件平臺：主要包括通信方式的合理選擇、通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇等。擴(kuò)頻方式、OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)和多維網(wǎng)格編碼方式各有優(yōu)點(diǎn)，哪一種適合低壓網(wǎng)還有待研究，或者也可以采用軟件無線電的思想為這三種方式提供一個(gè)統(tǒng)一的平臺。電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝ё內(nèi)f化，如何優(yōu)化通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)也是值得研究的問題。 （2）軟件平臺：主要包括進(jìn)一步研究PLC通信理論，改進(jìn)信號處理技術(shù)和編碼技術(shù)以適應(yīng)PLC特殊的環(huán)境。除了研究適合電力線通信的調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)外，還需要研究自適應(yīng)信道均衡、回波抵消技術(shù)、自適應(yīng)增益調(diào)整等，這些技術(shù)在低壓PLC對保障通信尤為重要。 （3）網(wǎng)絡(luò)管理問題：除了上網(wǎng)、打電話外，低壓電力線還可以完成遠(yuǎn)程自動(dòng)讀出水、電、氣表數(shù)據(jù)；永久在線連接，構(gòu)建的防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng)；構(gòu)建的醫(yī)療急救系統(tǒng)等等。因此利用電力線可以傳輸數(shù)據(jù)、語音、視頻和電力，實(shí)現(xiàn)“四網(wǎng)合一”，也就是說家中的任何電器都可以接入到網(wǎng)絡(luò)中，和骨干網(wǎng)連接。但是如何實(shí)現(xiàn)四種網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，以及由此帶來的非常復(fù)雜、龐大的網(wǎng)絡(luò)管理問題需要進(jìn)一步的研究。

三、載波調(diào)制方式

電力線通信采用OFDM調(diào)試方式。OFDM是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳輸?shù)募夹g(shù)措施，HpmePLUG 1.0的規(guī)范覆蓋4-21MHz的通信頻段，在這個(gè)頻段內(nèi)劃分了84個(gè)OFDM通信信道。OFDM的原理是幾個(gè)通信信道按90度的相位作頻分，這樣的結(jié)果是當(dāng)某一個(gè)信道波形過零點(diǎn)時(shí)相鄰信道的波形恰好是幅值最大值，這樣就保證了信道間的波形不會(huì)因外來的干擾而交疊、串?dāng)_。

四、電力線通信應(yīng)用實(shí)例——電力貓

家用電力貓組網(wǎng)靈活，使用方便，適用于多種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，組網(wǎng)靈活，使用方便快捷；即插即用，220V或110V的電表回路內(nèi)，將2只或2只以上的電力貓接入墻插，無需任何設(shè)置，即可享受高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；無需另布網(wǎng)線，PLC技術(shù)的全新應(yīng)用，能有效避免對建筑物等設(shè)施及裝修的損壞，節(jié)省人力和成本；有插座的地方就能上網(wǎng)，讓分布最為廣泛的電力線成為傳輸多媒體與數(shù)據(jù)流的載體，實(shí)現(xiàn)了有插座的地方就能上網(wǎng)，使家庭網(wǎng)絡(luò)得以拓展和延伸，同時(shí)讓構(gòu)建家庭企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)變得輕松簡單；高速率電力線傳輸，電力貓基于HomePlug AV協(xié)議，可在更寬的頻段（2MHz至68MHz）中工作。目前市面上的電力貓物理傳輸速率基本為200Mbps與500Mbps，旨在為消費(fèi)者于大容量應(yīng)用中采用高吞吐量連接提供支持；數(shù)據(jù)安全與領(lǐng)先的QoS技術(shù)，AES128-bit加密，能有效確保信號傳輸安全，其內(nèi)置QoS服務(wù)機(jī)制，能充分保證在同一電力回路中觀看高清IPTV和寬帶上網(wǎng)的混合應(yīng)用；節(jié)能環(huán)保，無輻射。

五、總結(jié)

互聯(lián)網(wǎng)不僅實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)信息全球化，同時(shí)也推進(jìn)了電力線通信技術(shù)的發(fā)展，在當(dāng)前信息傳遞產(chǎn)業(yè)中，電力線通信技術(shù)已經(jīng)有了不可取代的技術(shù)地位，尤其隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在全球范圍的迅速發(fā)展，電力線通信技術(shù)因?yàn)榫哂徐`活方便，又價(jià)格低廉的優(yōu)勢擁有了不可替代的地位以及巨大的發(fā)展空間，尤其是國內(nèi)近幾年對于電力線通信技術(shù)的研究和關(guān)注，因?yàn)殡娏€通信技術(shù)本身具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，低成本，高效、不受時(shí)間空間限制等不可替代優(yōu)點(diǎn)，使得電力線技術(shù)在信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)管理等方面有了飛速的發(fā)展，電力線通信技術(shù)已經(jīng)成為信息傳遞的一種必要手段，所以對于電力線通信技術(shù)的研究和應(yīng)用是具有社會(huì)價(jià)值的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊剛.電力線通信技術(shù).電子工業(yè)出版社，2011年1月1日.

[2]湯效軍.電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn).電力系統(tǒng)通信，2003（1）：47-48.

[3]王贊基，郭靜波.電力線擴(kuò)頻載波通信技術(shù)及其應(yīng)用.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000（21）：64-65.