低壓電力線載波通信原理及應(yīng)用分析

摘 要：電力線載波通信主要是通過(guò)使用配電電力線路作為通信的載體來(lái)進(jìn)行通信，電力線載波通信這一通信方式在電力系統(tǒng)中應(yīng)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(wú)需額外的進(jìn)行線路的架設(shè)。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(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)因此電力線載波通信的接入較為簡(jiǎn)單只需要插入電源插頭即可。但是在電力線載波通信的應(yīng)用中其會(huì)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(shè)中可以與一次電網(wǎng)同步施工，建設(shè)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(chǔ)上對(duì)低壓電力線載波通信上的信號(hào)衰減和干擾特性進(jìn)行分析闡述。

關(guān)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(guò)使用低壓配電線作為通信的媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的一種通信方式。低壓電力線網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)今覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，相較于采用專(zhuān)用通信線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的通信，使用低壓電力線來(lái)作為載波通信的網(wǎng)絡(luò)具有取材方便，建造成本較低的特點(diǎn)，具有十分高的開(kāi)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(lái)構(gòu)建載波通信網(wǎng)絡(luò)這一構(gòu)想已經(jīng)發(fā)展多年了。國(guó)外在多年以前已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)的研究。經(jīng)過(guò)多年的研究與發(fā)展，在使用低壓電力線進(jìn)行載波通信的研究上國(guó)外研究結(jié)構(gòu)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(shù)以及相關(guān)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)及商業(yè)化的運(yùn)用進(jìn)行了構(gòu)建。相較于國(guó)外對(duì)于低壓電力線載波通信相關(guān)技術(shù)所投入的時(shí)間和資金，我國(guó)在低壓電力線載波通信的相關(guān)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(duì)低壓電力線載波通信的前期的研究中主要集中在利用國(guó)外已有的固化的低壓電力線載波通信調(diào)制技術(shù)和芯片進(jìn)行相關(guān)的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，近些年來(lái)對(duì)于低壓電力線載波通信的研究則集中于對(duì)國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)的信道特性進(jìn)行調(diào)制技術(shù)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(guó)內(nèi)在低壓電力線載波通信應(yīng)用中的相關(guān)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(hào)衰減和干擾是決定其通信性能的基本參數(shù)。當(dāng)使用低壓電力線來(lái)作為載波通信的載體時(shí)，其會(huì)受到低壓電力線中阻抗較小、工作環(huán)境復(fù)雜以及通信信號(hào)的衰減等一系列問(wèn)題，從而會(huì)對(duì)低壓電力線載波通信的通信質(zhì)量造成嚴(yán)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(lái)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(lái)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(gè)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(guān)系。此外在低壓線路中如閃電、線路故障以及開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)都會(huì)在低壓電力線中造成短時(shí)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(duì)于低壓電力線載波通信系統(tǒng)中的認(rèn)為噪聲其主要來(lái)源來(lái)自于家用負(fù)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(duì)于家中所使用的調(diào)光器或是整流器等會(huì)對(duì)低壓線路產(chǎn)生電源諧波噪聲。家庭中常用的設(shè)備固態(tài)調(diào)光其會(huì)在低壓線路中產(chǎn)生高頻諧波噪聲，其主要被用來(lái)對(duì)燈光的亮度進(jìn)行改變從而會(huì)產(chǎn)生重復(fù)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(duì)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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率很高的周期性的脈沖噪聲，通過(guò)對(duì)脈沖噪聲進(jìn)行跟蹤后發(fā)現(xiàn)電器開(kāi)關(guān)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(shí)間短的特點(diǎn)，此外這種噪聲呈現(xiàn)出較為明顯的時(shí)間特性，其與人們的活動(dòng)呈現(xiàn)出較大的聯(lián)系。此外，對(duì)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(yīng)用技術(shù)

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(lái)加強(qiáng)對(duì)于信號(hào)的處理：如通過(guò)增加發(fā)射信號(hào)的功率、提高信號(hào)接收端設(shè)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(hào)調(diào)制技術(shù)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(shù)或是在通信系統(tǒng)中加裝中繼裝置。其中在調(diào)制技術(shù)和中繼技術(shù)中應(yīng)用較多的有直接序列擴(kuò)頻、線性調(diào)制以及OFDM、跳頻等技術(shù)。直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)主要通過(guò)在信號(hào)發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展頻譜而在信號(hào)的接收端使用相同的擴(kuò)頻碼序列對(duì)其進(jìn)行解擴(kuò)從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的還原，此種技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)、能抵抗多徑干擾且保密性較強(qiáng)還具有在同頻工作和便于實(shí)現(xiàn)多址通信等的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)今是在我國(guó)低壓電力線載波通信技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)。

2.3 低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)

低壓電力線配電網(wǎng)具有物理拓?fù)浜鸵欢〞r(shí)變形的特點(diǎn)，且邏輯拓?fù)渑c信道質(zhì)量呈現(xiàn)出正比關(guān)系，這將會(huì)對(duì)低壓電力線載波通信的可靠性造成嚴(yán)重的影響，為保障低壓電力線載波通信的可靠性，現(xiàn)今對(duì)于低壓電力線載波通信的組網(wǎng)提出了通過(guò)使用高速電力線通信的組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡(luò)模型等角度展開(kāi)研究在對(duì)低壓電力線路網(wǎng)絡(luò)通信路由進(jìn)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(shù)的應(yīng)用

低壓電力線載波通信系統(tǒng)主要由終端設(shè)備、管理中心和低壓電力線等三大部分組成。整個(gè)低壓電力線載波通信系統(tǒng)中采用低壓電力線作為信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋褂玫蛪弘娏€實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和主控計(jì)算機(jī)之間的信號(hào)傳遞，對(duì)于從終端設(shè)備所發(fā)出的信號(hào)通過(guò)采樣調(diào)制后使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏π盘?hào)后再通過(guò)使用耦合電路耦合到低壓電力線上進(jìn)行信號(hào)的傳輸。由于低壓電力線材質(zhì)的影響使得電力信號(hào)在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的衰減，因此無(wú)法對(duì)電力信號(hào)進(jìn)行直接跨越變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送從而使得電力信號(hào)的傳輸距離會(huì)受到較大的限制，因此對(duì)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(shè)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(shù)通過(guò)利用已經(jīng)建成的電力供電線路因此無(wú)需占據(jù)無(wú)線頻道資源和單獨(dú)布線因此建設(shè)方便、資金投入大大降低?，F(xiàn)今在低壓電力線載波通信的應(yīng)用上較為典型的應(yīng)用分布在家居智能化領(lǐng)域和自動(dòng)抄表等領(lǐng)域中。在家居智能化的應(yīng)用中通過(guò)利用低壓電力線進(jìn)行組網(wǎng)來(lái)進(jìn)行家居智能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建可以在保持家居裝飾的基礎(chǔ)上進(jìn)行方便的構(gòu)建?，F(xiàn)今，使用電力寬帶進(jìn)行上網(wǎng)就是低壓電力線載波通信家居智能化中的一個(gè)典型應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

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