低壓配電網電力線載波通信與新技術

近年來，電力線載波通信(PowerLineCommunication，PLC)技術已經成為通信系統(tǒng)中新的研究熱點，它被看成一種未來重要的現(xiàn)場設備總線通信技術。然而，作為一種具有光明前景的通信方式，電力載波通信由于具有時變性、頻率選擇性等固有特點，使其在具體應用中還存在很多問題等待解決。

電力載波通信特點

1、電力線載波通信技術概況

電力線載波通信(PLC)是指利用專用調制解調器對信號進行調制，然后把信號加載到現(xiàn)有電力線中進行通信的技術。早在20世紀20年代電力載波通信就開始應用到l0kV配電網絡線路通信中，利用電力載波機和阻波器，在中高壓配電網中傳輸語音、控制指令和系統(tǒng)狀態(tài)等信息，并形成了相關國際和國家標準。對于低壓配電網來說，許多新興的數(shù)字技術，例如擴頻通信技術、數(shù)字信號處理技術和計算機控制技術等，大大提高和改善了低壓配電網電力載波通信的可用性和可靠性，使電力載波通信技術具有更加誘人的應用前景。為此，美國聯(lián)邦通信委員會FCC規(guī)定了電力線頻帶寬度為100～450kHz;歐洲電氣標準委員會(CENELEC)的EN50065—1規(guī)定電力載波頻帶為3～148.5kHz。這些標準的建立為電力載波技術的發(fā)展做出了顯著貢獻。盡管如此，低壓配電網電力線載波通信中的很多問題仍沒有得到很好解決。同時，隨著電力載波應用領域的推廣和擴大，低壓配電網電力載波通信成本問題、協(xié)議(標準)問題、安全問題等一系列問題也開始浮出水面。低壓配電網電力線載波通信的實用化還面臨著許多考驗。

2、電力線載波通信特點

就低壓配電網來說，電力線載波通信一般具有以下特點：

(1)通信信道的時變性對載波信號來說，低壓電力線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質的電力負載在低壓配電網的任意位置隨機地投入和斷開，使信道表現(xiàn)出很強的時變性。

(2)通信信道的頻率選擇性正是由于低壓配電網中存在負荷情況非常復雜、負載變化幅度大、噪聲種類多且強等特點，各節(jié)點阻抗不匹配，信號很容易產生反射、駐波、諧振等現(xiàn)象，使信號的衰減變得極其復雜，造成電力載波通信信道具有很強的頻率選擇性。

(3)噪聲干擾強而信號衰減大一般來說，影響電力通信噪聲主要有以下三種，即背景噪聲、周期性噪聲和突發(fā)性噪聲。背景噪聲一般分布在整個通信頻帶;周期性噪聲包括周期性的連續(xù)干擾和周期性的脈沖干擾;突發(fā)性噪聲一般是由用電設備的髓機投入或斷開而產生的。研究表明，脈沖干擾對低壓電力線載波通信的質量影響最大，信號衰減可達40dB。正是因為具有上述特點，使得電力載波通信在實際應用過程中一直面臨著可用性與可靠性的考驗。

電力線載波通信種類與新技術

1、電力線載波通信種類

從使用的帶寬角度來說，電力線載波通信分為寬帶電力線載波通信和窄帶電力線載波通信。所謂電力線寬帶(BroadbandoverPowerLine，BPL)通信技術就是指帶寬限定在2～30MHz之間、通信速率通常在1Mbit/s以上的電力線載波通信技術，它多采用各種擴頻通信技術，是目前研究“四網(寬帶數(shù)據(jù)網、電話網、有線電視網和低壓配電網)融合”的關鍵技術之一。所謂窄帶電力線載波通信技術就是指帶寬限定在3～500kHz、通信速率小于1Mbit/s的電力線載波通信技術，它多采用普通的PSK技術、DSSS技術和線性調頻Chirp技術等。

從技術發(fā)展的角度來說，電力線載波通信分為傳統(tǒng)的頻帶傳輸技術和目前流行的擴頻通信(SpreadSpectrumCommunication，SSC)技術：所謂頻帶傳輸就是用載波調制的方法將攜帶信息的數(shù)字信號的頻譜搬移到較高的載波頻率上。其基本的調制方式分為幅值鍵控(ASK)、頻率鍵控(PSK)和相位鍵控(PSK)以及相關派生調制技術。傳統(tǒng)的載波通信原理的最大的弱點就是去噪能力有限;所謂擴展頻譜通信是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬，頻帶的展寬是通過編碼及調制的方法來實現(xiàn)的，并與所傳信息數(shù)據(jù)無關;在接收端則用相同的擴頻碼進行相關解調來解擴及恢復所傳信息數(shù)據(jù)。目前電力線載波通信常用的擴頻技術主要有：直接序列擴頻(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS)、線性調頻(Chirp)和正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)等。此外，跳頻(FrequencyHopping，F(xiàn)H)，跳時(TimeHopping，TH)以及上述各種方式的組合擴頻技術也較為常用。