对低压电力线载波通信技术的探讨

张玉山

（安徽科技学院，安徽 滁州 233100）

对低压电力线载波通信技术的探讨

张玉山

（安徽科技学院，安徽 滁州 233100）

低压的电力线载波通信就是利用低压配电线这种传输信息的媒介来传输语音或者数据的特殊的通信方式，由于电力线有广泛的网络覆盖范围，因而使得这种特殊的通信方式具有很大的市场潜力和利用价值.这项技术在国外的研究已经非常悠久，有接近百年历史，其无论在技术上还是在理论上都取得了非常大的成绩，也相对我国来说有很大的优势，因而我国很早就开始对国外的技术和理论进行研究，同时到目前也取得了很大的成绩，而由于我国拥有较为独特的电力网，而研究这项技术的工作也是近年来才开展起来，因而我们需要积极的对这项技术进行研究，本文介绍了低压电力线载波通信技术的原理、信道的特征和建模、网络组网以及分析比较了各类载波芯片和关键技术、模块等.

低压电力；载波通信技术；相关探讨

1 这种技术特性的分析

1.1 低压电力线载波中的信号特性分析

由于从上世纪六、七十年代以来,利用10kV以上中、高压电力线作为信号传输通道的电力线载波电话已经获得广泛使用,对高压电力线进行高频信号传输的研究也已非常深入和成熟.但是,在220/380V低压电力线上进行信号传输,与高压电力线载波通信有较大的区别,突出表现在工作环境恶劣、线路阻抗小、信号衰减强、干扰大且时变性大等特点.

我们知道,低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂,而且随机性、时变性大,难以找到一个较为准确的解析式或数学模型加以描述,这也是为什么长期以来对低压电力线高频信号传输特性的分析多以定性分析和实验数据测试分析为主的原因.即使有些学者提出了一些模型,但是这些模型也往往是附加了许多假设和限制,因而也是不精确的或适用面很窄.这种精确数学模型的缺乏,对低压电力线载波通信设备的设计提出了很高的要求,即要求其有很好的自适应能力.但同时,出于实用角度的考虑,为了获得合理的性价比,又要求其成本要限制在一定的范围内.这些对系统设计而言是一项挑战.

1.2 扩频通信技术的应用

目前常用的扩频技术包括直接序列调制、调频扩频和利用扫描频率进行载波三种，虽然现在运用载波通信技术还很困难，但是可以利用特殊的技术运用低压电力线来改善通信的信道,当下，低压的电力线载波通信正在向着扩频通信方向开展，扩频通信技术的使用,不仅可以有效的降低电力线上的衰减效果，还可以克服强大的干扰，从而提升了通信系统的可靠性.

2 载波通信技术应用系统的设计介绍

由于低压电力线的载波通信技术在实际应用通信的质量受到很多因素的影响，这些因素中扮演重要角色的就是通讯信道的衰减性和阻抗性和噪声的干扰，而阻抗性主要会对通讯信号的传输距离造成影响，噪声的干扰却会对通讯的质量造成严重的影响.因而这两个重要的因素会对通讯的质量造成直接的影响，只有有效的研究和分析了这两个因素，才可以对低压电力载波通信技术进行相对周全或者完善的设计，因而设计方面需要注意下面几个方面；

2.1 由于电力线在设计的过程中采用的材料和对抗阻的设计使得其阻抗通常较小，因而使得通信系统的发送和接收端必须要严格的进行控制，避免因抗阻不匹配出现传输过程中能量的损失.

2.2 由于在室内的电力线上传输高频信号时会发生一定程度的衰减，而且当信号在电力线上传输时会受到一定的干扰和噪声影响，因而在设计室内的电力线为通信信道时必须要提升其抗干扰的能力，方能达成较小信噪比的通信系统，在载波通信中经常采用正交频复用和扩频的技术，扩频的技术主要具有的优点就是当信噪比小的时候可以较高和较好的对信噪比进行接收，而正交频复用的技术不仅具有扩频技术所具有的优点，还拥有多径干扰以及抗频率选择性衰落的优势.

2.3 在进行通信的时候要合理的对宽带和波频率进行选择，并要做到具体情况具体分析信号在频域上衰减的状况和噪声频谱的密度.如果按此优先考虑的话当然选取较低的频段，而如果优先考虑的是噪声的因素的话那么就会选取高的频段，所以在实际的生活中需要综合的考虑两方面的因素，看哪个因素占到主导地位就优先考虑那个因素，综合比较分析之后再进行频段的选取.

2.4 通常情况下家庭的电网分支较多，而且由于存在驻波和反射、抗阻不相匹配等现象，信号在经过不同的分支到达最终的接收端时会产生很强的多径干扰，此时如果采用rake接收机的话不仅仅可以起到抑制多径衰弱的效果，而且还能降低错误码的概率、有效的分集信号能量.

2.5 由于通信质量的好坏很大程度上受到了噪声的影响，因而噪声源与通信之间距离的远近是影响强弱的关键，如果实在无法更改二者之间的距离，那么可以在通信接收的位置多安装一个具有很好隔离作用的阻波器.

2.6 在降低误码率的方面可以采用适当码长的卷积码.

2.7 除了上面提到的噪声和误码率等需要考虑之外，还有一个需要考虑的方面就是通讯信号在传输过程中的衰减，而在降低这种衰减的起到非常重要作用的就是时变性，所以需要在整体系统的设计过程中考虑刀自适应的能力，必须使得其能够依据信号衰减的具体情况来自动的调节发射机的功率和接收机方面灵敏度，从而保障通信的质量.

2.8 在具体的设计过程中要可能的降低较长数据分组的出现，如果一定需要使用的话可以通过重新分组打包的方式来将其长度缩短，而由于存在脉波的干扰，数据组的长度的缩短有利于降低脉冲的干扰，从而可以有效的使得数据传输速度得到保证.

3 低压电力线载波通信技术在国内的应用探讨

由于供电网络的发达使得这种通信技术有了广阔的发展平台，这种技术具有很多的优点，例如：有效的节约布线、不会占用无线频道的相关资源，降低工程的作业量、后期的维护也相对传统的来说简单很多.而随着科技水平的不断进步和发展，以及我国电网的开放，这种技术在我国的应用范围将会越来越大，具体的例子就是家具的智能化发展和变化，智能化小区的建立和自动抄表等等.

3.1 家具在智能化的过程中对这种技术的应用探讨

所谓家具网络的智能化就是将家庭中各类微型的控制器和PC连起来，从而形成一个家庭网络，从而使网络内的设备得到智能化的管理，同时还可以实现只要有插座就可以连入网络.而由于这种技术无需架设信号线，组网的工程可以在不破坏原先家具环境的情况下完成，而且工程的造价也相对容易控制，还能保证系统工作的稳定性.通常情况下，电力宽带的上网系统主要是由PC机、PLC设备、电力的modem以及路由和交换机等组成，在利用低压的电力线进行组建网络时，是先经过电力modem，将PC机的信号处理为特别电力信号，然后这经过特殊处理的电力信号通过电力线路传输至PLC设备，在这个设备中会将这个电力信号还原为原先的信号，然后经过交换机和路由等进入网络中，从而实现电力线路进入互联网的目的.

3.2 自动抄表的系统应用该技术的探讨

自动抄表这个系统在我国盛行于1980年左右，只不过虽然很早兴起但是发展却缓慢.直到03年左右才逐渐推广开来，而真正迅猛发展的时期是06年左右，那几年才是电力载波自动化抄表的黄金发展期.当下由于低压电力线载波通信的相关技术正在不断研究和完善，而由于应用这种技术之后，抄表的工作将不会受限于空间和时间，居民也可以随时的查询到自家用电的多少，电力管理的政府部门也能够准确而及时的获得电能相关的数据资料，因而这种自动化的抄表技术已然进入应用的阶段.

3.3 电力线载波通信系统网络组网的相关探讨

低压的的配电线路有时变性和物理拓扑，而信道的质量很大程度上可以影响到逻辑拓扑变化，这样会影响整体系统的通信可靠性，经过研究有的研究者认为可以从网络模型和高速电力线通信方式的角度进行分析，从而发掘出更为恰当的算法来优化电力线通信的网络，从而有效的提升整体电网的可靠性.已经有研究对低压配电网窄带电力线通信数据逻辑链路的选择、建立和自动路由等做了研究和探讨，并提出了一种基于非交叠分簇的动态路由算法和网络重构算法，来保证通信网络的有效性.有些学者提出在低压配电网电力线载波通信中采用网络自组与重构技术，可以自动侦测可通信逻辑节点和最佳中继节点、动态调整路由和配置中继信息以及自动识别节点的投入或切除，从而实现低压配电网中点到点、点到多点的可靠通信.

4 总结

低压电力线的载波通信技术现在正在成为整个通信领域研究的重点内容，由于其具有很多的优势和市场潜力和实际应用价值，已经在国外的很多国家得到实际的应用，而我国由于低压电力网存在一定的特殊性，使得在分析通信信道和建模方面存在很大的难度，不可以直接将国外成功的案例或者成熟的技术直接进行搬用，同时相关的产品也无法使用.但是随着我国近几年来对相关领域研究的高度重视，已然取得了不错的成果，使得我姑的低压电力线载波通讯技术得到了一定的发展，其中电力载波芯片（自主研制开发）的出现标志着我国在这一领域的突破，但是同国外的成熟技术和专业的研究机构来比较还存在不小的差距，因而我们应该不断的加强对此项技术的投入和应用，他的应用方向除了上面提到的那些之外，还有很多其他的地方，例如：农业灌溉中的节水监控等，正是由于其具有广阔的应用空间和前景，我们才要不断的进行相应的研究和开发.

综上所述，低压PLC技术将会给企业、社会带来巨大的效益,对于打破电信行业的垄断,引入竞争机制,发挥市场效应都有着不可估量的作用.对于电力企业来说,如何利用该项技术的优势,以期在未来的激烈市场竞争中获得一席之地,是值得我们进一步研究的.

〔1〕王思彤,袁瑞铭,孙志杰.低压电力载波技术及其在抄表系统中的应用[J].电测与仪表，2008(3).

〔2〕刘晓胜，胡永军，张胜友.低压配电网电力线载波通信与新技术[J].电气应用，2006(2).

〔3〕刘晓胜，熊四军，戚佳金.基于混沌跳频的电力线交织编码技术[J].电力系统自动化，2008(14).

〔4〕周亚,王学玲.低压远程集中抄表系统的组成及其应用前景[J].农村电气化，2008(5).

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1673-260X（2012）02-0054-02