低壓配電網(wǎng)電力線載波通信與新技術(shù)

近年來(lái)，電力線載波通信(PowerLineCommunication，PLC)技術(shù)已經(jīng)成為通信系統(tǒng)中新的研究熱點(diǎn)，它被看成一種未來(lái)重要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備總線通信技術(shù)。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(shí)變性、頻率選擇性等固有特點(diǎn)，使其在具體應(yīng)用中還存在很多問(wèn)題等待解決。

電力載波通信特點(diǎn)

1、電力線載波通信技術(shù)概況

電力線載波通信(PLC)是指利用專用調(diào)制解調(diào)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后把信號(hào)加載到現(xiàn)有電力線中進(jìn)行通信的技術(shù)。早在20世紀(jì)20年代電力載波通信就開(kāi)始應(yīng)用到l0kV配電網(wǎng)絡(luò)線路通信中，利用電力載波機(jī)和阻波器，在中高壓配電網(wǎng)中傳輸語(yǔ)音、控制指令和系統(tǒng)狀態(tài)等信息，并形成了相關(guān)國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于低壓配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，許多新興的數(shù)字技術(shù)，例如擴(kuò)頻通信技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，大大提高和改善了低壓配電網(wǎng)電力載波通信的可用性和可靠性，使電力載波通信技術(shù)具有更加誘人的應(yīng)用前景。為此，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC規(guī)定了電力線頻帶寬度為100～450kHz;歐洲電氣標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(CENELEC)的EN50065—1規(guī)定電力載波頻帶為3～148.5kHz。這些標(biāo)準(zhǔn)的建立為電力載波技術(shù)的發(fā)展做出了顯著貢獻(xiàn)。盡管如此，低壓配電網(wǎng)電力線載波通信中的很多問(wèn)題仍沒(méi)有得到很好解決。同時(shí)，隨著電力載波應(yīng)用領(lǐng)域的推廣和擴(kuò)大，低壓配電網(wǎng)電力載波通信成本問(wèn)題、協(xié)議(標(biāo)準(zhǔn))問(wèn)題、安全問(wèn)題等一系列問(wèn)題也開(kāi)始浮出水面。低壓配電網(wǎng)電力線載波通信的實(shí)用化還面臨著許多考驗(yàn)。

2、電力線載波通信特點(diǎn)

就低壓配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，電力線載波通信一般具有以下特點(diǎn)：

(1)通信信道的時(shí)變性對(duì)載波信號(hào)來(lái)說(shuō)，低壓電力線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的電力負(fù)載在低壓配電網(wǎng)的任意位置隨機(jī)地投入和斷開(kāi)，使信道表現(xiàn)出很強(qiáng)的時(shí)變性。

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

(3)噪聲干擾強(qiáng)而信號(hào)衰減大一般來(lái)說(shuō)，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(gè)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(shè)備的髓機(jī)投入或斷開(kāi)而產(chǎn)生的。研究表明，脈沖干擾對(duì)低壓電力線載波通信的質(zhì)量影響最大，信號(hào)衰減可達(dá)40dB。正是因?yàn)榫哂猩鲜鎏攸c(diǎn)，使得電力載波通信在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中一直面臨著可用性與可靠性的考驗(yàn)。

電力線載波通信種類與新技術(shù)

1、電力線載波通信種類

從使用的帶寬角度來(lái)說(shuō)，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(shù)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(shù)，它多采用各種擴(kuò)頻通信技術(shù)，是目前研究“四網(wǎng)(寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和低壓配電網(wǎng))融合”的關(guān)鍵技術(shù)之一。所謂窄帶電力線載波通信技術(shù)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(shù)，它多采用普通的PSK技術(shù)、DSSS技術(shù)和線性調(diào)頻Chirp技術(shù)等。

從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，電力線載波通信分為傳統(tǒng)的頻帶傳輸技術(shù)和目前流行的擴(kuò)頻通信(SpreadSpectrumCommunication，SSC)技術(shù)：所謂頻帶傳輸就是用載波調(diào)制的方法將攜帶信息的數(shù)字信號(hào)的頻譜搬移到較高的載波頻率上。其基本的調(diào)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(guān)派生調(diào)制技術(shù)。傳統(tǒng)的載波通信原理的最大的弱點(diǎn)就是去噪能力有限;所謂擴(kuò)展頻譜通信是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬，頻帶的展寬是通過(guò)編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān);在接收端則用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)來(lái)解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。目前電力線載波通信常用的擴(kuò)頻技術(shù)主要有：直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS)、線性調(diào)頻(Chirp)和正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)等。此外，跳頻(FrequencyHopping，F(xiàn)H)，跳時(shí)(TimeHopping，TH)以及上述各種方式的組合擴(kuò)頻技術(shù)也較為常用。