电力线与光通信的融合信道研究

蔡龙飞

(海装武汉局驻武汉地区第一军事代表室，湖北 武汉 430060)

0 引言

21世纪，在人们的日常工作和学习中，甚至是平常的生活，高速数据信息输送饰演着重要的角色，这使得人们可以在任何需要数据传达的时间或者地点，十分快捷地得到各种各样的多媒体信息。然而信息的高速传输，必然会伴随各种干扰问题，传统的通信方式不但不能解决这些干扰问题，而且由于技术的发展过去的通信手段已经不能够满足当下人们的要求。

LED可见光通信(Visible Line Communication，VLC)，是一种较新颖的可见光通信技术，其通信方式是利用LED高速暗亮闪烁的光信号来传输数据的，这种光信号是不会被人们肉眼无视识别的。在照明设备上连接高速因特网的电线装置，插入电源插头，即可实现VLC通信，可以说可见光通信是“有光便能上网”。可见光通信系统中，室内的白光LED灯已经不仅有照明功能，同时还承担着信息传输的任务。“有可见光就能上网”这一特点，使得VLC通信的使用条件更加宽广，但凡是LED灯光能照到的地方，便可以实现高速数据输送，并维持时间较长。同时可见光通信技术私密性能好，不会泄漏室内的数据到室外，除此之外，可见光通信的主体白光LED，其使用寿命很长、体积小巧、绿色低碳，更具有调制性能优良、反应灵敏度高的特点[1-2]。与以往的通信技术相比，可见光通信对人体安全，并且不受电磁影响。

电力线通信技术(Power Line Communication，PLC)，是指利用电力线作为信号输送媒介，进行数据传输的一种通信方式。该技术最大的优点是不需要增添任何新的线路铺设，只是在现有的电力线上完成对语音和视频等多种业务的数据传输。近年来，随着智能电网、智能家居等理念的倡导，逐步形成了当今社会发展迫切需要的互联网+广电网+电信网+电网的四网融合，而实现四网合一，只要终端用户插上电源插头就能够将高速因特网接入电视频道，这样就能接收节目或者与另一用户视频。一旦有电线，就能进行信息传输，这无疑成了解决智能化社会服务的优质选择。“只要有电就能通信”，电力线网络覆盖范围非常广泛，这就决定了其具有相当大的潜在利用价值[3-4]。

结合PLC和VLC的种种优点以及智能化社会服务的发展，基于PLC与VLC融合系统的信道特性的研究将会有广阔的发展前景。

1 电力线与可见光通信的融合网络结构

目前针对PLC与VLC的融合，有两种融合方式：一种是将加载在电力线上的信号解调放大后加载到LED上，此种方法为DF/AF方式[5]，如图1所示。这里的DF(Decode Forward)是指解调电力线上的信号，AF(Amplify Forward)是指放大电力线上的信号。另一种是PLC信号不经过调制解调，直接将PLC信号加载到LED灯上，PLC信号在现有的电力线上传输并将信号直接反馈到 LED灯上，在电力线和LED之间不需要解调放大操作，这种方法为深度融合的方式，如图2所示。两种融合方式下的接收信号装置都是光电转换器，将光信号转换成电信号，即在通信的接收端都是利用雪崩二极管(APD)来接收信号并完成转换。

图1 DF/AF融合方式

图2 深度融合方式

2 电力线与可见光通信融合系统的信道模型

融合网络的信道是由以下4部分组成：PLC信道、LED灯信道、VLC无线光信道和APD转换器。PLC和VLC融合信道的特性研究有两种主要思路：“自顶向下”法和“自底而上”法。所谓“自顶而下”[6]传统的方法，就是将融合信道看成一个黑箱子，通过对某一PLC与VLC融合系统信道参数进行大量测量并统计，将统计出来的参数数据模拟定义出PLC与VLC融合网络的信道模型。而“自底而上”的研究方法，首先着手于系统较容易实现的特性，通过由简单到复杂逐步分析影响融合信道的各个部分，然后利用二端口网络得到融合系统信道模型，如图3所示。

图3 融合系统信道模型

3 结语

电力线通信和可见光通信是当下备受关注的通信方式，也得到了广泛的应用，但是它们各自也有自身的缺陷。因此，考虑一种新的通信方式——PLC与VLC的融合系统，能够将这两种技术结合起来进行通信上网，提高通信速度和质量，是非常具有发展潜力的通信技术。本文以电力线与可见光通信的融合信道特性这一课题为核心展开研究，不仅提出PLC与VLC融合系统的一般网络结构，在此基础上得出PLC-VLC融合系统的信道模型。