電力線通信技術的發展

2013-12-13 11:25:50 電力信息化　點擊量：評論 (0)

1　電力線通信概述　　電力線載波通信（PLC）利用輸電線路作為信號的傳輸媒介，人們利用電力線可以傳輸電話、電報、遠動、數據和遠方保護信號等。由于電力線機械強度高，可靠性好，不需要線路的基礎建設投資和日

4PLC的研究現狀
　　目前PLC已經發展到第三代——全數字PLC。
在全數字PLC中可以采用當前先進的數字信號處理技術，因此大大提高了PLC的容量和質量，使得PLC作為最后一公里解決方案成為可能。
　　在最后一公里的解決方案中，比較成熟的有ISDN、XDSL等。但是PLC能夠充分利用現有的低壓配電網絡，無需任何布線，是一種“No NewWires”技術，和其他接入方式相比有很多優勢。下面　　是各種接入方案的比較表。

　　
　　PLC的諸多優點吸引了國際上眾多的學者、團體、公司先后投入這個領域，推動了PLC的發展。為了克服低壓網上傳輸數據的困難，人們正試圖將先進的數字信號處理技術引入到PLC中。在全數字PLC中，可以采用當前流行的語音壓縮編碼技術，如碼本激勵線性預測編碼（CELP）技術、矢量和激勵線性預測編碼（VSELP）技術、多帶激勵（MBE）等，對語音信號經過壓縮編碼，降低輸入信號的冗余，提高了頻帶利用率；然后與數據信號進行數字復接。可以采用自適應回波抵消技術實現雙向通信；可以采用自適應信道均衡技術減小信道對通信造成的影響，提高可靠性。美國AT＆T公司貝爾實驗室推出的VLSI單片聲碼器Q4401采用QCELP技術，編碼速率在800b／s～600b／s的范圍內可調，速率在9600b／s時的話音質量甚至優于速率為32kb／s的ADPCM編碼的話音質量，大大提高了通信的有效性。國內宏圖高科研制的新一代全數字電力線載波機采用AMBE技術，通話質量也很好。
　　PLC的理論研究已經從早期的模擬調制轉移到數字調制方法，目前采用傳統的頻帶傳輸（幅移鍵控ASK，頻移鍵控FSK，相移鍵控PSK）的PLC日趨成熟，研究的熱點是三種具有高抗干擾性的數字調制技術：多維網格編碼技術、擴頻通信技術（SC）和正交頻分復用（OFDM）等。
　　在傳統的數字通信系統中，糾錯編碼和調制是獨立進行設計的。糾錯編碼增加了冗余度，編碼增益是通過降低信息傳輸速率獲得，因此傳統的糾錯編碼方法很難進一步提高通信系統的性能。解決可靠性和有效性更有效的方法是將編碼和調制技術有機結合，將冗余度映射至與頻譜展寬不直接聯系的調制信號的參數擴展中，例如信號空間矢量點或信號星座數的擴展中，這就是網格編碼調制（TCM）思想的基本出發點。最佳的編碼調制系統應按編碼序列的歐氏距離為調制設計的量度，這就要求必須將編碼器和調制器當作一個整體進行綜合設計，使得編碼器和調制器級聯后產生的編碼信息具有最大的歐氏距離。1982年Ungerboeck提出了基于“集分割”原理的編碼和調制相結合的網格編碼TCM技術，通過擴展信號星座的大小，在不擴展帶寬，不降低信息傳輸速率的條件下，可以獲得3～6dB的增益。1984年，LEE－FANGWei提出了克服相位模糊的相位旋轉不變網格碼，并被國際電信聯盟ITU－T采納為PSTN上高速調制解調器的建議。多維網格編碼不但采用了子集分割的思想，還通過維數的擴展減小需要存儲的星座點的數量，獲得更好的映射增益和編碼增益，具有很好抗干擾性能，因此特別適合電力線這樣干擾大的信號。目前很多國內廠家采用的就是用于PSTN上的高速調制解調器方案移植到PLC中，它的核心就是多維網格編碼調制技術，目前研究的還是四維的情況。
　　擴頻通信是用偽隨機編碼（擴頻序列：SC）將待傳送的信息數據進行調制，實現頻譜擴展后再進行傳輸；在接收端則采用同樣的編碼進行解調及相關處理。擴頻通信技術以犧牲頻帶為代價，降低了信噪　　—32—比，可以在極低信噪比的情況下實現可靠的通信服務。擴頻通信的良好抗干擾性能使得它特別適合在低壓電力線這樣惡劣的信道環境下提供可靠的數據服務。而且擴頻通信可以實現碼分多址技術，實現不同低壓配電網上不同用戶的同時通信。擴頻通信技術主要有直接序列擴頻（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）、線性調頻以及上述各種基本方式的組合。目前擴頻通信在低壓配電網上的研究已經取得初步成功，2000年Intellon公司推出了用于低壓配電網的擴頻芯片，而我國清華大學也研制成功基于擴頻技術的低壓配電網實驗平臺，可以通過220V低壓電力線實現兩臺計算機之間的文件或數據的傳輸，傳輸速率可以達到10kb／s。
　　正交頻分復用（OFDM）技術在頻域把信道分成許多正交子信道，各子信道的載波間保持正交，頻譜相互重疊，這樣減小了子信道間的相互干擾，提高了頻譜利用率。同時在每個子信道上信號帶寬遠小于信道帶寬，因此每個子信道是相對平坦的，大大減小了符號間的干擾，這也使得信道均衡可以得到簡化。OFDM具有抗多徑干擾能力強、頻譜利用率高的優點，因此受到廣泛關注，目前在有線和無線領域的研究都很多，在ADSL中采用的離散多音調制DMT實際上就是OFDM技術。目前OFDM在全數字電力載波通信中的研究也方興未艾，2000年4月，Intellon公司基于OFDM的PLC研究取得突破性進展，它的組網試驗的數據傳輸速率可達14Mbps（頻帶：4．3MHz～20．9MHz，84路載波）。研究OFDM的重點主要是如何分配子信道的數目和如何保持子載波間的正交性。保持子載波間的正交性對OFDM性能至關重要，因此在接收機中同步問題尤為重要。