PLC寬帶通信技術(shù)與應(yīng)用性能之研究

任學(xué)榮

【摘要】 目前，PLC是寬帶接入的重要課題，其適合用在寫字樓、酒店、學(xué)校及居民小區(qū)等場所。為了進(jìn)一步推廣PLC寬帶通信技術(shù)的應(yīng)用，重視對這一技術(shù)的應(yīng)用性能研究具有重要意義。據(jù)此，本文筆者首先介紹PLC接入網(wǎng)絡(luò)原理，然后再分析PLC的信道特性，最后再探究PLC接入穩(wěn)定性的測試。測試結(jié)果顯示，在惡劣環(huán)境下，PLC提供的帶寬接入性能穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】 PLC 帶寬接入 信道特性 OFDM技術(shù)

電力線通信PLC是通過電力線、PLC的局端及終端調(diào)制解調(diào)器，建立電力線通信系統(tǒng)，即：運(yùn)用PLC帶寬接入技術(shù)，在電源插座上插入PLC終端調(diào)制解調(diào)器，以實(shí)現(xiàn)“四網(wǎng)合一”（電力、視頻、語音、數(shù)據(jù)）。早在10年前，PLC的傳輸速率就已達(dá)到45Mbit/s，研發(fā)更高速的PLC指日可待。

一、PLC接入網(wǎng)絡(luò)原理

PLC涉及電力技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)及部分通信編碼調(diào)制技術(shù)，其中在OSI的第二層以上，PLC與802.3以太網(wǎng)規(guī)范相符。PLC運(yùn)用的是1M-30MHz頻帶范圍的傳輸信號，其目前的傳輸速率是4.5-45M，即：首先，運(yùn)用OFDM或GMSK調(diào)制技術(shù)調(diào)制用戶數(shù)據(jù)，以保證電力線在電磁干擾環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸性能可靠；其次，在電力線上傳輸；第三，先在接收端用濾波器濾出調(diào)制信號，再解調(diào)出原通信信號。據(jù)此，PLC設(shè)備以用戶調(diào)制解調(diào)器、局端設(shè)備為主，其中局端的任務(wù)是連接外網(wǎng)及與調(diào)制解調(diào)器通信。PLC傳輸技術(shù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)端到端接入，即：借助室內(nèi)電源線網(wǎng)絡(luò)，從用戶PC傳送IP至不同家庭室內(nèi)入口點(diǎn)的集成器，另一傳輸段在這一入口點(diǎn)經(jīng)低壓配電網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)至供電電源的共用變壓器。

二、PLC的信道特性

1、時(shí)變性。在我國，居民用電是通過220V交流兩線供電，而在低壓電網(wǎng)上，不同家庭的用電量與負(fù)載量具有不可預(yù)知性，且電器的關(guān)或開、馬達(dá)的啟或停及負(fù)載的切出或接入等具有隨機(jī)性，因此電力線信道的時(shí)變性明顯。針對線路信號的確定，不宜運(yùn)用電壓檢測法，究其原因是低壓電力線對500kHz頻率信號在1s內(nèi)的衰減變化高達(dá)20dB及信噪比變化約達(dá)10dB。

2、干擾噪聲。干燥噪聲的頻率是10k-100MHz及其功率譜密度的衰減幅度是29dB/decade。通常而言，干擾噪聲分為脈沖噪聲和背景噪聲兩種，且都可能增大通信系統(tǒng)的瞬間誤碼率。研究發(fā)現(xiàn)，干擾噪聲源自下列方面：一是一些電路及SCR器件發(fā)出的50Hz倍頻諧波；二是電網(wǎng)與負(fù)載不同步產(chǎn)生的干擾，其具有平滑功率譜的特定；三是電子設(shè)備在開關(guān)時(shí)發(fā)出的單脈沖噪聲。

3、衰減性。電力線信號衰減的主因不是阻抗，而是線上并聯(lián)負(fù)載的類型、大小。通常來講，信號衰減包括線路衰減、耦合衰減。理論認(rèn)為，線路衰減是信號衰減的決定因素。實(shí)驗(yàn)表明，距離會對信號衰減造成影響，每1km衰減40-100dB，其中也存在地區(qū)差異，即：農(nóng)村地區(qū)500m衰減50dB，城市地區(qū)200m衰減20dB。

三、PLC數(shù)據(jù)信號傳輸技術(shù)

1、OFDM技術(shù)的原理。對OFDM技術(shù)，其采用的是多路窄帶正交子載波，可實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，且每一路信號具有較長的碼元時(shí)間，則可防止碼元相互干擾；OFDM通過動態(tài)選擇子載波，可控制頻率谷點(diǎn)對其的影響及減輕窄帶干擾，這對維持通信系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)非常重要。從20世紀(jì)70年代以后，OFDM技術(shù)的應(yīng)用日趨實(shí)用化，即其可在同一電路線的不同信道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，即：將有效頻譜劃分成若干頻譜相互重疊的OFDM通信子信道，且在空間上，不同子信道的載波以90°相位呈正交關(guān)系，詳見圖1。

2、OFDM技術(shù)的優(yōu)勢。1.電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量更高，即：當(dāng)通信環(huán)境存在嚴(yán)重的電磁干擾時(shí)，OFDM技術(shù)也能保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，且能跟蹤監(jiān)控通信特性的異常改變；OFDM技術(shù)還能動態(tài)地適應(yīng)通信路徑傳輸數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上能力的改變，并能通過切斷或接通相應(yīng)的載波來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定通信。2.OFDM技術(shù)可自動測出傳輸介質(zhì)上存在較高干擾脈沖或信號衰減的載波，并能采取有效的調(diào)制方法來實(shí)現(xiàn)載波在制定頻率下的穩(wěn)定通信。3.在高層建筑、信號散播及居民密集等地區(qū)，OFDM技術(shù)的應(yīng)用可減輕信號受多徑效應(yīng)的影響。4.OFDM技術(shù)能有效對抗窄帶干擾或頻率選擇性衰落，即對于多載波系統(tǒng)，單一衰落或干擾僅會影響到其中一部分載波，且可利用糾錯(cuò)碼來糾錯(cuò)。5.OFDM技術(shù)能有效對抗信號波形之間產(chǎn)生的干擾，因此適合用在衰落信道和多徑環(huán)境中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

結(jié)語：雖然電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，但OFDM技術(shù)的運(yùn)用可提供有效的解決辦法。總之，在當(dāng)前的技術(shù)水平下，PLC寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)可以滿足電網(wǎng)運(yùn)行及負(fù)荷變化的要求，因此其提供給用戶的INTERNET接入服務(wù)具有穩(wěn)定性、可靠性的特點(diǎn)。

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