低壓電力載波發(fā)展現(xiàn)狀與分析

陳煦斌　秦立軍

電力線通信（Power Line Communication）技術(shù)，出現(xiàn)于二十世紀(jì)二十年代初期，是一種數(shù)據(jù)交換和信息傳遞的一種實(shí)現(xiàn)手段，簡稱PLC技術(shù)，PLC技術(shù)利用現(xiàn)有的電力線作為通信介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)信息交換和數(shù)據(jù)傳遞。

電力線載波技術(shù)，不需鋪設(shè)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(guān)難題的限制，配網(wǎng)載波技術(shù)的應(yīng)用還主要集中于水、煤氣、電表等的自動(dòng)抄表通信中，隨著技術(shù)的完善，載波也將成為局域網(wǎng)接入中一項(xiàng)很有競爭力的技術(shù)。

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(xiàn)有交流電源線作為通信通道，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如投資少、通道可靠性高、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)隨著電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展等，有無法比擬的優(yōu)越性。研究電力線載波技術(shù)，對于發(fā)展電力通信產(chǎn)業(yè)，為電力企業(yè)進(jìn)入電信服務(wù)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(yōu)勢、電力設(shè)施等，對節(jié)省通信成本，為電信用戶提供方便的、價(jià)格合理的寬帶接入和訪問Internet有重要的意義。

目前智能小區(qū)、智能大廈越來越成為市場聚焦的熱點(diǎn)。由于電力載波通訊有其無法比擬的優(yōu)越性，各開發(fā)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(qū)通訊方式的首選，使它的發(fā)展前景更加地廣闊。家庭網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(shù)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(yōu)勢就愈加明顯。

2.載波芯片的現(xiàn)狀

目前載波通信的廠家較多，產(chǎn)品也千差萬別。產(chǎn)品形式也多種多樣。既有一些廠家采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也有一些廠家使用專有協(xié)議，生產(chǎn)的的產(chǎn)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(shù)主要還是幾種，包括窄帶載波（雙頻、鏈碼自適應(yīng)調(diào)制）、擴(kuò)頻（直序擴(kuò)頻、Chirp）、MCM（多載波調(diào)制）、DMT（離散多音頻）、OFDM（正交頻分復(fù)用）等。以下是其產(chǎn)品概括：

（1）采用協(xié)議

標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議：采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可方便用戶進(jìn)行調(diào)試，擴(kuò)展以及再次開發(fā)。

專有協(xié)議：采用參加廠商自己設(shè)計(jì)專用協(xié)議，則用戶設(shè)計(jì)自己的系統(tǒng)時(shí)要嚴(yán)格按照該廠家的協(xié)議，因此系統(tǒng)擴(kuò)展及與其它廠商產(chǎn)品集成時(shí)工作量較大。

（2）產(chǎn)品形式

成品：直接提供所需的產(chǎn)品，無需用戶自己開發(fā)。

模塊：以一定的電路實(shí)現(xiàn)某些功能，集合成相應(yīng)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(chǎn)品形式，主要是因?yàn)楹诵男酒乃俾时容^高，一些外圍電路（如： 濾波電路、采樣電路、耦合電路等）設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，廠商為了方便用戶使用，縮短應(yīng)用的開發(fā)周期，于是設(shè)計(jì)好相應(yīng)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(jù)自己的需求對其產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。

3.電力載波技術(shù)的發(fā)展方向

近年來，隨著電力科學(xué)的不斷發(fā)展，載波技術(shù)也在持續(xù)更新與進(jìn)步，其主要的發(fā)展方向與出現(xiàn)的新技術(shù)，有以下幾點(diǎn)：

（1）語音壓縮技術(shù)

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

（2）寬帶電力線載波技術(shù)[1]

寬帶電力線載波技術(shù)可以極大地發(fā)揮電力線網(wǎng)絡(luò)的通信潛能，實(shí)際上是把低壓配電網(wǎng)變成了通信局域網(wǎng)，因?yàn)橐罁?jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，任意信號通過帶寬為b的理想低通濾波器時(shí)，能夠完全重建的信號最大速率每秒2b個(gè)抽樣，若為M元信號，則信號的最大速率為每秒2b×log2M個(gè)抽樣，若采用糾錯(cuò)編碼和多進(jìn)制限制相結(jié)合的TCM技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)編碼調(diào)制），與傳統(tǒng)電力線載波相比，帶寬提高了近百倍，可為遠(yuǎn)端用戶提供6～10MHz的帶寬。

（3）超窄帶載波技術(shù)

超窄帶載波技術(shù)，是一種非常狹窄的頻帶內(nèi)傳送信號的技術(shù)。雖然超窄帶載波技術(shù)傳輸速率比較低，但穿透能力卻很強(qiáng)，在不大于 200km的范圍內(nèi)，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?yàn)?～9.5Hz之間的頻率被分配到超窄帶的每個(gè)獨(dú)立發(fā)送源，每個(gè)頻道的帶寬為0.0015Hz，而每個(gè)載波模塊的雙邊頻帶里包含了真正需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。二進(jìn)制的方式寫出來的數(shù)據(jù)并加上同步位，然后依據(jù)分配的頻帶以及電力線的頻率發(fā)送不同頻率的電流信號。超窄帶載波技術(shù)發(fā)送出的信號有很強(qiáng)的穿透力，這是因?yàn)樗窃陔娏€工頻的基礎(chǔ)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(yōu)點(diǎn)，但其目前尚未達(dá)到令人滿意的水平，這使得低壓電力載波通訊網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用仍受到一定程度上的限制。低壓電力線載波通信現(xiàn)今仍存在以下幾點(diǎn)問題：

（1）當(dāng)電力線上傳輸?shù)呢?fù)荷比較重時(shí)，載波信號的會受到比較大的削減也會增大。

（2）現(xiàn)階段電力載波信號的傳送仍受限于一個(gè)配電變壓器的區(qū)域范圍內(nèi)，因?yàn)樗膫鬏斒艿阶儔浩鞯淖韪?，這使電力線載波的應(yīng)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(nèi)使用的交流電的頻率為50Hz，周期為20ms，也就是說，在每一個(gè)周期內(nèi)，都會出現(xiàn)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(shè)備接于電力線上，它們的阻抗特性，負(fù)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(zhǔn)確傳送帶來障礙。

（5）國內(nèi)的配電網(wǎng)絡(luò)也存在自身特有的問題，如居民小區(qū)的低壓配電線路設(shè)計(jì)有許多不符合規(guī)范，電源布線不夠合理，電源插座的質(zhì)量參差不齊等，這些使得國外載波應(yīng)用的產(chǎn)品和實(shí)例無法直接應(yīng)用于國內(nèi)。

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(jié)束語

本文對主要是介紹抵押電力線載波通信系統(tǒng)，包括現(xiàn)在載波通信的研究前景，發(fā)展現(xiàn)狀及其涉及的算法和技術(shù)。電力線載波通過載波的方式將模擬信號或者數(shù)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(fā)展空間。