电力线高速通信技术的现状及发展

董腾飞 董适

石家庄裕华区大马庄园 河北 石家庄 050000

引言

我国电力市场的快速发展促使电力企业不断找寻在市场竞争中能够脱颖而出的新方法。电力线高速通信技术的应用与发展给许多电力企业提供了崭新思路[1]。该技术成本低、效率高，并且不需要额外布线。这些特点都为电力企业经济效益的提升创造了有利条件。电力线高速通信技术为电力企业制造了新的利润增长点，同时也能够有效促进电力市场的可持续发展。

1 电力线高速通信技术概述

互联网信息技术的发展使我国网民数量迅速增加，人们对于通信方式等相关问题也越来越重视。电力通信技术已经经过了几十年的发展，该技术的应用为解决用户终端与宽带网络设备连接难题提供了新的解决途径。将用户终端连接到距离最近的宽带网络始终是困扰互联网进一步发展的难题，而人们对于电力线高速通信技术的研究和发展有助于突破互联网发展的瓶颈，解决宽带接入用户终端“最后一公里”这一问题[2]。经深入研究和广泛实践，人们发现电力线高速通信技术具备较多优势，如连接方便、覆盖范围广，这些优势使电力线高速通信技术在通信方式中具备了自己的核心竞争力。当前，电力线高速通信技术能传输≥45Mbps的数据，其能够同时传输语音、视频、数据以及电力的功能促进了“四网合一”新趋势的发展。

1.1 电力线通信技术的分类

电力线高速通信技术是一种在电力线的依托下进行数据和语音信号传输的通信方式。电力线高速通信技术在220V低压范围内的传输速率因≤1200bps被称为低速PLC（Power Line Communication的英文简称）[3]。高速PLC则是指在依托低压电力线时传输速率能超过1Mbps的通信技术。由此可见，电力线通信技术可以按照数据及语音信号的传输速率进行划分，主要分为电力线低速通信技术和电力线高速通信技术；也可以按照通信技术所依托的电压等级进行划分，可划分为低压电力载波通信技术、中压电力载波通信技术以及高压电力载波通信技术。

1.2 电力线高速通信技术的固件

电力线高速通信技术应用的对象主要有家庭组网、接入网和虚拟专用网这3类。因此，电力线高速通信技术的固件设备也主要分为以下3种。

1.2.1 传输设备。传输设备的作用在于调制解调信号。传输设备中的调制设备能够降低信号的干扰。传输设备主要分为正交频分服用、频移键控以及扩频这三大系列。传输设备在结构和功能上与其他Modem既有共同之处又存在着一定程度上的差异。一方面，传输设备与其他Modem在调制解调的部件上存在着不同；另一方面，两者的接口部件也有所区别，数据终端主要通过家电接口与家电进行连接，从而达到互传信息的目的，而传输设备是凭借电力线与耦合电路的连接来完成数据传输。

1.2.2 特殊设备。特殊设备的应用能够有效解决电力线信号传输中存在的弱载波信号和信息共用等问题。特殊设备主要分为家电接口、信号耦合设备以及保密设备这三种。

1.2.3 网络设备。网络设备是电力线高速通信的必备固件。在电力线高速通信网和其他网进行互联的过程中，网络设备发挥着选择路径、交换数据以及进行地址分配的重要作用。

1.3 电力线高速通信技术的基本调制技术

通常情况下，电力线高速通信技术的调制方式可以分为幅移键位、频移键位以及相移键位这三种。但调制技术又分为以下很多种：相移键控、频移键控、扩频以及正交频分服用等。根据电力线高速通信信道的特点，仅依靠幅移键控难以解决噪声干扰等问题。因此，在电力线高速通信技术中，频移键控和相移键控是使用频率较高的两种技术。相较于其他调剂技术而言，频移键控传输速率低，但这种技术本身具有简单易操作的特点，也因此得以广泛应用。适用于高速信号传输的技术是正交幅度调制技术，正交幅度调制技术在这几种常用的调制技术中是抗噪性较强的一种，频带的利用率也是最高的。在运行过程中，正交幅度调制技术采用较为密集的信号点来增加信号的速率。这种做法虽然能够增加信号速率，但会使信道误码率增加。为解决这一问题，可以使格状编码调制技术与正交幅度调制技术相结合。在技术应用过程中，为提高传输性能，需严格设计正交幅度调制与频移键控的实现方式，确保正交幅度调制与频移键控能适应电力线高速通信的信道特点。

2 电力线高速通信技术当前发展状况分析

2.1 我国电力线高速通信技术的发展状况

自从英国诞生高速PLC技术以后，我国的研究机构也进行了相应的研究，取得了一定的成果。中国电力科学研究院自1999年起开始研究高速PLC技术，并开发出了一系列高速PLC产品。2001年8月，沈阳电业新村小区建立了我国第一个高速PLC实验网络，开通了基于该网络的数字化社区。电力线载波通信网是我国长期以来应用的基础网络，多数输电线路的开通促进了电力线载波通信网的开通。电力线载波通信技术的代表是中电飞华公司。中电飞华公司能够在低压配电网络的支持下结合电力线高速通信技术实现宽带接入。福建省电力科学研究院于2010年成功研制出了200M的BPL调制解调器。该解调器能形成电话、电视、互联网以及电力传输“四体合一”的新技术，被称为BPL新技术。BPL调制解调器所形成的新技术能实现电话、电视、互联网以及电力传输的“四网合一”。在PLC技术迅速发展的过程中利用低压配电网传输高速数据信号来取代光纤和双绞线，能更加充分地利用资源，实现真正的“四网合一”。这种“四网合一”的新趋势有助于为电力公司提供更为完整的电信级应用解决方案。总之，电力线高速通信技术的应用能为电力公司带来巨大的经济效益。同时，电力线高速通信技术的应用给人们应用互联网技术创造了更多便利，具有社会效益。但需要注意，我国的低压配电网极具复杂性，屏蔽效用较差，接线方式多样。这就导致了我国无法直接应用外国产品，外国产品必须要经过严格测试，当外国产品符合我国的技术指标时才能在我国得以应用。最重要的是，PLC技术的涉及面很广，从业人员必须具备较高的专业素养。因此，我国应在资金和政策两方面支持该技术的发展，培养高素质人才。

2.2 国外电力线高速通信技术的发展状况

1990年，英国Norweb公司开始研究电力线载波通信技术；1998年，该公司开展了传统输电线路接入互联网的实验，最终取得成功；2001年，美国英特伦公司开发新技术，实现了高速电信网与高压电线网的连接。互联网的声音和资料经过特殊转换器转换到高压电线网内，终端用户通过电线对其进行接收。近些年来，电力线高速通信技术的专用芯片传输速率指标在不断提升。2002年，全球电力线高速通信的专用芯片的传输速度已经能达到70～100Mbits，在此以后，芯片的传输速率还在不断增加。目前，在高速PLC进行商业化运营方面走在前列的是德国公司。在德国的曼海姆，当地能源公司MVV采用了以色列公司的产品进行商用化运营实验，并为此成立了合资公司。迄今为止，只有德国在埃森和曼海姆的两个电力线高速通信网络投入商用化运营，其他国家还在进行试点研究。

2.3 高速PLC技术的发展模式

首先第一种模式是家庭联网模式，美国主要使用的就是这种模式，其PLC技术主要是提供家庭的内部联网，如果想要访问户外，依然要使用传统的方法。美国使用这种模式的主要原因是其的HFC、ADSL等产品和技术发展十分迅速以及变得较为成熟，并且美国使用的一般是单相的低压配电变压器，平均只有5-6个客户享受供电的服务，如果美国推广并使用高速PLC技术的话会造成成本消耗过高。据调查可知，Intellon公司的室内产品Power Paeket速率是较高的，已经可以达到14Mb/s。

第二种模式就是面向现如今亚太市场以及欧洲市场使用的。由于这些市场具备着相似的低压配电网结构，可以同时给200–300个用户提供供电的服务，所以意味着在这些地区内推广使用高速PLC技术是可行的，并且可以减少损耗和成本。这种模式的使用方式主要是全面提升用户家庭的PLC解决方案或者提供自配电变压器。但是因为室内产品以及室外产品的使用情况以及环境都不相同，就导致全面实施有一定的难度。所以现如今能够提供这种模式的公司数量较为稀少，分别有以色列Main Net公司、瑞士Ascom公司、西班牙DS2公司等。并且这几个公司在其他的国家和地区都建造了实验网络，例如韩国、西班牙、奥地利、法国、新加坡、德国。

3 有关标准

从一定程度来说，电力线的作用等同于天线，主要是将外来的电磁波进行吸收，并且将自身的电磁波向外进行辐射。但是短波收音机以及电力线产生的电磁波是同用频段的，就会被对方影响，为了让这种干扰不影响工作，就需要制定一系列的标准。现在制定了高速PLC通信法律法规的只有德国的NB30和英国的MPT1570。另外，如果加上美国目前正在使用的电磁兼容标准FCC15，那么就有3个正式的标准。在这些标准中，要求最严格的是MPT1570，要求最松的是FCC15，处于两者之间的是NB30。

德周多特蒙德大学经过实验发现，如果同时在64台电脑上使用5类双绞线进行上网的话，此时产生的电磁辐射会超过NB30标准的限定数额。所以，这个标准从某种程度上说设定并不是完美的。

如果将德国制定的标准和美国的FCC15进行一定的比较的话，德国的标准是存在着较大的问题的。比如说，当电磁波在2 MHz左右时，美国的限值标准比德国的限值标准限定的要高出30dB，这在一定程度上表示美国的传送功率要高1000倍，或者表示一些数据的传输速率要比德国的高10倍。由于以上的原因可以发现，速率在10Mb/s的PLC系统首先在美国产生了。

德国的限值与美国进行比较的话，德国的限值数已经让PLC系统的发展出现了阻力，所以很多组织正在想办法推翻这个标准。

英国的情况相比于其他国家来说就更为糟糕，由于其标准中的限值比德国的NB30低20dB左右，就相当于传输的速率比其少了6成，处于这种情况下，电力公司是不可能对其的高速PLC技术进行投资的，另外，从技术这一方面来说，这样的限值是存在很大的问题的，很多情况下的电磁辐射都会超过这个限值，例如电话线、计算机网络、有线电视等。

4 结束语

随着我国电力线高速通信技术的快速发展，电力通信已经成为宽带的骨干网络，进而实现传输高速数据信号这一目标。与此同时，电力线高速通信技术在充分利用国内现有资源的基础上促成了“四体合一”的新趋势，这为提高电力企业的经济效益创造了条件，成为电力市场中的经济增长点，同时为我国社会发展创造了巨大的社会效益。