船舶通信中电力线载波技术的应用分析

张德均 朱进渝 兰荣富

【摘要】 在通信方式中，电力线载波通信是其重要的一种；且随着信息技术与网络技术的快速发展，现已被广泛应用到各个领域。而电力载波技术在船舶通信中的应用已成为当前发展的必然趋势。因此，对船舶通信中电力载波技术的应用进行分析，有着重要的意义。本文先对电力线载波技术做一个概述，然后再具体对解决船舶电力线载波通信技术的策略进行阐述，以此来为业内人士提供相关的参考依据。

【关键词】 船舶通信 电力线 载波通信 OFDP

当前，船舶通信的内容主要由广播电视、局域网以及电话构成；且其通信技术通常为双绞线。这种通信技术虽然具有抗干扰好、效果好以及效率高等优点；但是其成本非常高，且电缆常因各种因素（如，船舶设备数量的增加或者是减少等）的影响而发生变动，从而使得其成本大大增加。而电力线载波技术是一种新型的通信方式。加之，据相关实践研究结果表明，电力线载波技术在船舶通信中的应用不仅能有效的对船舶的通信成本进行控制，而且还能有效的提高其通信的水平。因此，对船舶通信中电力线载波技术的应用进行分析已成为当前研究的重要课题之一。

一、电力线载波技术概述

1.1电力线载波技术的含义

电力线载波技术是 指采用电力线进行数据和信号通信的一种方式，主要被应用于电力网通信领域之中。而电力线载波通信即是电力载波通讯（Power line Communication，PLC），它是通过利用现有的电力线并以载波的方式将模拟或者数字信号进行高速传输的一种技术。同时，电力线载波通信也是电力系统特有的通信方式，现已被广泛应于各个领域。且伴随着信息技术和网络技术的不断发展，电力线载波技术会越来越成熟。

1.2电力线载波技术的优点

之所以要将电力线载波技术应用到船舶通信之中，主要是因为其具有无可比拟的优势。其优点主要表现在以下几个方面：一是，它能够有效的减少因信道的时间弥散性而造成的影响，从而可以尽可能地避免电力线通信环境中的信道受到干扰；二是，它能够通过分配突发性干扰信道的方式来将突发性干扰转变为随机信号，以此来使得信号通过简单的纠错就能够将信号进行恢复，从而有效的减少电力线通信环境中因信道衰减而带来的副作用；三是，它还能有效的抵抗窄带而带来的干扰；四是，它的安装较为简单且设置也较为灵活，从而为用户宽带、互联带的铺设提供了方便，进而有利于促进智能家庭自动化的实现；五是，它为电力公司的电力管理提供了一个传输的通道，从而有利于电力、图像综合业务、话音以及数据传输通信技术的实现；等等。

1.3电力线载波技术在船舶通信中存在的问题

目前，电力线载波技术在船舶通信中存在的问题主要表现在两个方面，即通信噪音问题和信号衰减。由于本文篇幅有限，本文主要对通信噪音问题进行分析。一般而言，通信噪音主要由无线电广播受到干扰和低压电网出现相连负载所致。噪音问题的出现，会使得电力线在传送数据时引发一系列各种问题，从而大大加大了确保数据传输质量的难度。同时，通信噪音会随着时间与地点的不同而发生变化。因此，相关部门或单位必须对通信噪音问题进行分析，并采取行之有效的策略进行解决。

二、解决船舶电力线载波通信技术的策略

由上文可知，噪音问题是电力线载波技术在船舶通信中存在的最主要问题；其是否能够得到解决直接关系到电力线载波技术能否顺利地应用到船舶通信之中。因此，相关部门或单位必须采取行之有效的措施来解决这一问题。据相关实践研究结果表明，利用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是解决通信噪音问题的主要有效手段之一。笔者以分析电力线通信环境中噪音的特性为出发点，以OFDM技术中的相关内容为基础，并结合相关的工作经验来总结出以下解决思路和方法：

2.1电力线通信环境中噪音的特性

由于船舶电力系统具体复杂性的特性，使得通信噪音也具有这一特性。通过相关的研究和分析可知，电力通信环境中噪音的特性主要包括：周期性、随机性、持续性以及多变性。其中，周期性的噪音是由谐波噪音频率达到交流电频率的倍数而产生的，主要受船舶的大小、线路的负载情况以及用电设备的数量等各种因素的影响。同时，这还会给电力线载波通信带来严重的影响，如误码率上升、通信信噪比降低以及信号频谱被噪音频谱所覆盖等。随機性噪音主要由船舶复杂的电力网的操作而引起的，通常表现为短时间的脉冲噪音。持续性噪音主要由船舶中电力设备的负荷、相位以及周期发生变化而引起的；而多变性噪音则是指噪音会随着时间与地点的变化而变化，其对电力线载波技术在船舶通信中应用的影响最小。

2.2 OFDM技术的相关内容

OFDM是一种多载波调制，它是在多载波调制（MultiCarrier Modulation，MCM）的基础上发展而来的。同时，它的调制是在快速傅里叶逆变换（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT）的基础上实现的，其解调则是在快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）的基础上实现的。目前，OFDM载波技术是现实复杂度最低且应用最为广泛的多载波传输方案中的一种。

将OFDM技术应用到电力线载波通信上的作用主要在于是电力线上的高速数据通信成为可能。其基本原理主要表现为：将可用的信道带宽划分成多个子信道，且每个子信道应无限接近于理想信道；同时，通过利用载波的正交性而使得在规定范围频段内的载波输出一定的速率数据。值得注意的是，总的传输速率是由所有载波传输数据合成的。

2.3措施

虽然电力线的船舶通信技术取得了较大的成就；但是因通信噪音问题的存在及通信噪音本身的特性而使得其发展较为缓慢，从而导致某些假设与模型并不能真正地应用到实际中去。而通过根据通信噪音的特性而对电力线载波技术进行改进，能够有利于其在船舶通信中的进一步利用。根据相关的实践研究并结合相关的工作经验，解决通信噪音问题的措施主要表现在以下几个方面：一是，以提高信号接收端可靠性和灵敏度的方式来解决因信号频谱被覆盖而产生的通信噪音，从而能实现对信号进行正确识别的目的；二是，为了尽可能地避免周期性噪音和突发性噪音对通信造成干扰，则相关部门可以采取有效的对策对信号收发的运行体制进行强化；同时，信号收发的运行体制主要包括预读机制、重发机制以及纠错功能等；三是，为了进一步解决通信中存在的噪音和衰减问题，相关部门还可以通过利用扩频通信技术来进一步提高电力线载波通信系统的生存能力；四是，为了从根本上解决电力线载波技术在船舶通信应用的噪音问题，相关部门或单位则应将OFDM技术引入其中，并采取行之有效的措施不断对其进行优化；值得注意的是，相关部门或单位应不断加强OFDM技术的解码能力、编码能力以及抗衰减能力。

2.4基于OFDM电力线传输在船舶通信系统中应用的关键技术

在上述措施中，OFDM技术的应用和优化是解决电力载波技术在船舶通信应用中噪音问题的关键。因此，相关部门或单位对基于OFDM电力线传输在船舶通信系统中应用的关键技术进行分析，有着重要的意义。一般而言，OFDM应用的关键技术主要包括同步问题和非线性失真问题，其具体内容如下：

2.4.1 OFDM的同步问题

由于在多载波系统中，若载波频率出现偏移现象，则会对子信道产生严重的干扰。而OFDM系统属于多载波系统，且其输出信号是由多个子信道信号合成的。因此，这使得对OFDM系统中子信道信号的正交性的要求非常严格。目前，同步仍是OFDM技术中的难点之一。一般而言，OFDM的同步问题主要包括时钟位置偏移、采样频率偏移以及载波频率偏移。要解决OFDM的同步问题关键在于其同步算法。当前，OFDM的同步算法被大致分为两类，即通过利用长训练序列或者是导频信号来实现载波同步的目的和通过利用OFDM循环前缀的相关性来达到系统同步的目标。前一类算法虽然其性能较好，但是它会给功率和带宽造成一定的损失；而后一类算法不仅能精确地完成载波的同步，而且还满足了电力线高速率、高实时性以及短突发的要求。基于此，要解决OFDM的同步问题，则应选择第二种同步算法。

2.4.2 OFDM的非线性失真问题

由于OFDM系统的输出是由多个子载波信号组成的，当所有信号的相位一致时，则会导致其输出的瞬时功率会远大于其平均功率。基于此，若系统的线性范围满足不了信号变化的要求，则会导致OFDM出现非线性失真问题。因此，为了尽可能地避免这一问题的发生，则应在大功率补偿的状态下进行相应的工作。要实现这一点，相关部门或单位则应采取相应的技术来对OFDM信号的峰平功率比进行降低，以此来使系统的整个性能获得提高。

三、结束语

综上所述，电力线载波技术是一项主要的通信方式，现已被广泛应用于各个领域。伴随着信息技术和网络技术的不断发展，电力线载波技术会越来越成熟。基于此，船舶通信中电力线载波技术的应用已成为必然发展的趋势。而目前，电力线载波技术在船舶通信中的应用存在噪音问题。因此，相关部门或单位必须对噪音问题进行分析，并采取行之有效的措施进行解决。由于本文篇幅有限，必然存在不足之处。故而，这还需要我们进一步对船舶通信中电力线载波技术的应用进行探讨和分析。

参 考 文 献

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