低壓電力線載波通信原理及應用分析

摘 要：電力線載波通信主要是通過使用配電電力線路作為通信的載體來進行通信，電力線載波通信這一通信方式在電力系統(tǒng)中應用較多。相較于傳統(tǒng)的通信方式，電力線載波通信所使用的通信線路可以直接使用現(xiàn)成的電力線路，而無需額外的進行線路的架設。只要有電力線路的地方就興建主通信線。此外，由于電力線路的接口較為簡單、標準因此電力線載波通信的接入較為簡單只需要插入電源插頭即可。但是在電力線載波通信的應用中其會受到電力線路中的雜波的干擾從而影響電力線載波通信的通信質(zhì)量。電力線載波通信的通信質(zhì)量與電力線路中的一次電網(wǎng)有著密切的聯(lián)系，在電力線載波通信建設中可以與一次電網(wǎng)同步施工，建設速度快、投入較低。文章將在分析低壓電力線載波通信發(fā)展歷程的基礎上對低壓電力線載波通信上的信號衰減和干擾特性進行分析闡述。

關鍵詞：低壓電力線載波通信；噪聲；抗干擾

前言

低壓電力線載波通信主要是通過使用低壓配電線作為通信的媒介來實現(xiàn)通信的一種通信方式。低壓電力線網(wǎng)絡是現(xiàn)今覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡，相較于采用專用通信線路來實現(xiàn)的通信，使用低壓電力線來作為載波通信的網(wǎng)絡具有取材方便，建造成本較低的特點，具有十分高的開發(fā)潛力。

1 低壓電力線載波通信的發(fā)展歷程

使用低壓電力線來構建載波通信網(wǎng)絡這一構想已經(jīng)發(fā)展多年了。國外在多年以前已經(jīng)開展了相關的研究。經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，在使用低壓電力線進行載波通信的研究上國外研究結構已將低壓電力線載波通信的原理和低壓電力線載波通信信道特性分析和建模、電力載波調(diào)制技術以及相關通信芯片的研制等完成了初步探索和完善，并就低壓電力線載波通信的相關標準及商業(yè)化的運用進行了構建。相較于國外對于低壓電力線載波通信相關技術所投入的時間和資金，我國在低壓電力線載波通信的相關研究起步較晚，但是研究發(fā)展速度極為迅速并取得了一定的成果。在對低壓電力線載波通信的前期的研究中主要集中在利用國外已有的固化的低壓電力線載波通信調(diào)制技術和芯片進行相關的擴展開發(fā)，近些年來對于低壓電力線載波通信的研究則集中于對國內(nèi)配電網(wǎng)的信道特性進行調(diào)制技術的研究和低壓電力線載波通信載波芯片的研制。但是目前國內(nèi)在低壓電力線載波通信應用中的相關法律法規(guī)政策的制定還不完善，需要制定完善。

2 低壓電力線載波通信系統(tǒng)的信道特性

在低壓電力線載波通信的信道、阻抗、信號衰減和干擾是決定其通信性能的基本參數(shù)。當使用低壓電力線來作為載波通信的載體時，其會受到低壓電力線中阻抗較小、工作環(huán)境復雜以及通信信號的衰減等一系列問題，從而會對低壓電力線載波通信的通信質(zhì)量造成嚴重的影響。

2.1 低壓電力線載波通信線路中的噪聲

根據(jù)低壓電力線載波通信中的噪聲來源及特性可以將其分為人為和非人為噪聲。低壓電力線載波通信線路中的非人為噪聲主要來自于自然界的影響。其中低壓電力線載波通信中的非人為噪聲的信道特性中背景噪聲呈現(xiàn)出較為明顯的高斯離散型特性，其在整個低壓電力線載波通信線路中一直存在，且背景噪聲的大小與通信線路介質(zhì)的溫度呈現(xiàn)出正比關系。此外在低壓線路中如閃電、線路故障以及開關斷開時都會在低壓電力線中造成短時間的脈沖尖峰噪聲，這些噪聲呈現(xiàn)出不規(guī)則的非周期特性。對于低壓電力線載波通信系統(tǒng)中的認為噪聲其主要來源來自于家用負載所產(chǎn)生的噪聲。在家用線路中，家中所使用的各種小型家用電器在低壓電力線載波通信系統(tǒng)中所產(chǎn)生的噪聲呈現(xiàn)出平滑的功率譜，此外對于家中所使用的調(diào)光器或是整流器等會對低壓線路產(chǎn)生電源諧波噪聲。家庭中常用的設備固態(tài)調(diào)光其會在低壓線路中產(chǎn)生高頻諧波噪聲，其主要被用來對燈光的亮度進行改變從而會產(chǎn)生重復率為50Hz諧波頻率的脈沖噪聲，這一脈沖噪聲中含有奇次和偶數(shù)諧波的成分，其中，對于噪聲中的奇次還是偶次諧波則主要與調(diào)光控制器的配置有著密切的聯(lián)系。此外在低壓電力線載波通信系統(tǒng)中由于家庭用電器開關所產(chǎn)生的突發(fā)脈沖噪聲也是影響低壓電力線載波通信質(zhì)量的一種重要的影響因素，在家用電器開關時會產(chǎn)生頻率很高的周期性的脈沖噪聲，通過對脈沖噪聲進行跟蹤后發(fā)現(xiàn)電器開關在低壓電力線載波通信系統(tǒng)中所產(chǎn)生的脈沖噪聲具有振幅較大、作用時間短的特點，此外這種噪聲呈現(xiàn)出較為明顯的時間特性，其與人們的活動呈現(xiàn)出較大的聯(lián)系。此外，對于低壓電力線載波通信影響較大的還有與工頻同步周期性噪聲和與工頻異步的周期性噪聲等多種影響因素。

2.2 提高低壓電力線載波通信質(zhì)量的應用技術

為提高低壓電力線載波通信的可靠性和穩(wěn)定性，需要采取一些措施來加強對于信號的處理：如通過增加發(fā)射信號的功率、提高信號接收端設備的靈敏性或是在低壓電力線載波通信線路中采用合理的耦合電路等的措施。此外還可以從信號調(diào)制技術入手，在低壓電力線載波通信系統(tǒng)中采用較為適宜的調(diào)制技術或是在通信系統(tǒng)中加裝中繼裝置。其中在調(diào)制技術和中繼技術中應用較多的有直接序列擴頻、線性調(diào)制以及OFDM、跳頻等技術。直接序列擴頻（DSSS）技術主要通過在信號發(fā)射端對信號進行擴展頻譜而在信號的接收端使用相同的擴頻碼序列對其進行解擴從而實現(xiàn)信號的還原，此種技術抗干擾能力強、能抵抗多徑干擾且保密性較強還具有在同頻工作和便于實現(xiàn)多址通信等的優(yōu)點。現(xiàn)今是在我國低壓電力線載波通信技術中應用最為廣泛的一種技術。

2.3 低壓電力線載波通信網(wǎng)絡的組網(wǎng)

低壓電力線配電網(wǎng)具有物理拓撲和一定時變形的特點，且邏輯拓撲與信道質(zhì)量呈現(xiàn)出正比關系，這將會對低壓電力線載波通信的可靠性造成嚴重的影響，為保障低壓電力線載波通信的可靠性，現(xiàn)今對于低壓電力線載波通信的組網(wǎng)提出了通過使用高速電力線通信的組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡模型等角度展開研究在對低壓電力線路網(wǎng)絡通信路由進行優(yōu)化從而確保低壓電力線載波通信的穩(wěn)定性與可靠性。

3 低壓電力線載波通信技術的應用

低壓電力線載波通信系統(tǒng)主要由終端設備、管理中心和低壓電力線等三大部分組成。整個低壓電力線載波通信系統(tǒng)中采用低壓電力線作為信號傳輸?shù)拿浇椋褂玫蛪弘娏€實現(xiàn)終端設備和主控計算機之間的信號傳遞，對于從終端設備所發(fā)出的信號通過采樣調(diào)制后使其轉變?yōu)殡娏π盘柡笤偻ㄟ^使用耦合電路耦合到低壓電力線上進行信號的傳輸。由于低壓電力線材質(zhì)的影響使得電力信號在進行信號傳輸時會產(chǎn)生較大的衰減，因此無法對電力信號進行直接跨越變壓器進行遠距離的輸送從而使得電力信號的傳輸距離會受到較大的限制，因此對于低壓電力線載波通信系統(tǒng)中的管理中心部分和終端設備部分常處于同一變電站的覆蓋范圍內(nèi)。

低壓電力線載波通信技術通過利用已經(jīng)建成的電力供電線路因此無需占據(jù)無線頻道資源和單獨布線因此建設方便、資金投入大大降低。現(xiàn)今在低壓電力線載波通信的應用上較為典型的應用分布在家居智能化領域和自動抄表等領域中。在家居智能化的應用中通過利用低壓電力線進行組網(wǎng)來進行家居智能網(wǎng)絡的構建可以在保持家居裝飾的基礎上進行方便的構建。現(xiàn)今，使用電力寬帶進行上網(wǎng)就是低壓電力線載波通信家居智能化中的一個典型應用。

4 結束語

隨著低壓電力線載波通信技術的不斷進步與發(fā)展，低壓電力線載波通信有著巨大的市場應用前景。但是由于我國的低壓電力線配置還有待提高會加劇低壓電力線載波通信應用的難度。但是隨著我國低壓電力線配置的不斷升級和研究的深入將會使得低壓電力線載波通信的應用更為廣泛，終究會為民眾提供高速、可靠和安全的通信應用。

參考文獻

[1]許寶玉.電力載波通信未來應用方向研究[J].中國新通信，2013（16）：41-42.

[2]王子敬，鄧磊.基于OFDM的電力線載波通信的研究[J].電子設計工程，2009，17（7）：12-13.

[3]王奎甫，孫巍，許新國，等.電力線載波通信的現(xiàn)狀及發(fā)展方向的幾點看法[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2000，28（1）：51-53.

作者簡介：王津（1988，5-），男，漢族，籍貫：山東省青島市，學歷：本科，研究方向：電子與通信工程。