低压电力载波发展现状与分析

陈煦斌　秦立军

电力线通信（Power Line Communication）技术，出现于二十世纪二十年代初期，是一种数据交换和信息传递的一种实现手段，简称PLC技术，PLC技术利用现有的电力线作为通信介质，实现信息交换和数据传递。

电力线载波技术，不需铺设额外的通信线路，既充分利用了电力线资源，成本也得到极大的降低。目前由于一些相关难题的限制，配网载波技术的应用还主要集中于水、煤气、电表等的自动抄表通信中，随着技术的完善，载波也将成为局域网接入中一项很有竞争力的技术。

1.载波的研究前景

电力线载波通讯省去了不必要的铺线工程，利用现有交流电源线作为通信通道，具有诸多优点，如投资少、通道可靠性高、通信网络建设随着电网建设发展等，有无法比拟的优越性。研究电力线载波技术，对于发展电力通信产业，为电力企业进入电信服务提供途径具有重大意义，不仅如此，载波通信充分利用电力资源优势、电力设施等，对节省通信成本，为电信用户提供方便的、价格合理的宽带接入和访问Internet有重要的意义。

目前智能小区、智能大厦越来越成为市场聚焦的热点。由于电力载波通讯有其无法比拟的优越性，各开发公司纷纷把注意力投向载波通信，将其作为智能大厦、智能小区通讯方式的首选，使它的发展前景更加地广阔。家庭网络的通信媒介十分繁多，包括双绞线、无线通信、光纤、同轴电缆、红外线等。虽然通信方式多种多样，但它们大部分在实际使用上却有不少麻烦。对于大部分有线通信，一般需要穿墙打孔，这是大多数用户不愿意的；而对于无线通信方式，需要付出较多的通信成本，于是，电力线的优势就愈加明显。

2.载波芯片的现状

目前载波通信的厂家较多，产品也千差万别。产品形式也多种多样。既有一些厂家采用标准协议，也有一些厂家使用专有协议，生产的的产品既有单芯片、双芯片的形式，也有模块、成品的形式等，不仅如此，通信传送速率也有低、中、高速之分。但核心的技术主要还是几种，包括窄带载波（双频、链码自适应调制）、扩频（直序扩频、Chirp）、MCM（多载波调制）、DMT（离散多音频）、OFDM（正交频分复用）等。以下是其产品概括：

（1）采用协议

标准协议：采用标准协议，可方便用户进行调试，扩展以及再次开发。

专有协议：采用参加厂商自己设计专用协议，则用户设计自己的系统时要严格按照该厂家的协议，因此系统扩展及与其它厂商产品集成时工作量较大。

（2）产品形式

成品：直接提供所需的产品，无需用户自己开发。

模块：以一定的电路实现某些功能，集合成相应的模块，用户通过组合模块以满足自身的需求。

双芯片：不仅提供给用户核心芯片，还提供一些重要的外围电路芯片。双核芯片的产品形式，主要是因为核心芯片的速率比较高，一些外围电路（如： 滤波电路、采样电路、耦合电路等）设计比较复杂，厂商为了方便用户使用，缩短应用的开发周期，于是设计好相应的满足速率要求的外围电路，并且以芯片的形式提供给用户。

单芯片：只提供给用户核心芯片，保留最大自由度，用户可根据自己的需求对其产品进行开发。

3.电力载波技术的发展方向

近年来，随着电力科学的不断发展，载波技术也在持续更新与进步，其主要的发展方向与出现的新技术，有以下几点：

（1）语音压缩技术

语音压缩技術，采用码本激励线性预测编码 （CELP）技术，矢量和激励线性预测编码（VSELP）技术，可进一步压缩话音信号的带宽。

（2）宽带电力线载波技术[1]

宽带电力线载波技术可以极大地发挥电力线网络的通信潜能，实际上是把低压配电网变成了通信局域网，因为依据奈奎斯特准则，任意信号通过带宽为b的理想低通滤波器时，能够完全重建的信号最大速率每秒2b个抽样，若为M元信号，则信号的最大速率为每秒2b×log2M个抽样，若采用纠错编码和多进制限制相结合的TCM技术（网络编码调制），与传统电力线载波相比，带宽提高了近百倍，可为远端用户提供6～10MHz的带宽。

（3）超窄带载波技术

超窄带载波技术，是一种非常狭窄的频带内传送信号的技术。虽然超窄带载波技术传输速率比较低，但穿透能力却很强，在不大于 200km的范围内，无需任何中继，在低功耗的情况下，可穿透多级变压器，这是由它本身的特性所决定的。超窄带载波名称的由来，是因为5～9.5Hz之间的频率被分配到超窄带的每个独立发送源，每个频道的带宽为0.0015Hz，而每个载波模块的双边频带里包含了真正需要传输的数据。二进制的方式写出来的数据并加上同步位，然后依据分配的频带以及电力线的频率发送不同频率的电流信号。超窄带载波技术发送出的信号有很强的穿透力，这是因为它是在电力线工频的基础上通过变压器的。

4.存在的问题及解决方法

虽然低压电力线载波通信有诸多优点，但其目前尚未达到令人满意的水平，这使得低压电力载波通讯网络的广泛应用仍受到一定程度上的限制。低压电力线载波通信现今仍存在以下几点问题：

（1）当电力线上传输的负荷比较重时，载波信号的会受到比较大的削减也会增大。

（2）现阶段电力载波信号的传送仍受限于一个配电变压器的区域范围内，因为它的传输受到变压器的阻隔，这使电力线载波的应用受到了很大程度上的限制。

（3）电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前国内使用的交流电的频率为50Hz，周期为20ms，也就是说，在每一个周期内，都会出现两次电压峰值，这就会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的频率为100Hz的干扰。

（4）各种各样的用电设备接于电力线上，它们的阻抗特性，负荷大小各不相同，它们的频繁开闭，使电力线上存在各种各样的噪声干扰，这些都会对载波信号的准确传送带来障碍。

（5）国内的配电网络也存在自身特有的问题，如居民小区的低压配电线路设计有许多不符合规范，电源布线不够合理，电源插座的质量参差不齐等，这些使得国外载波应用的产品和实例无法直接应用于国内。

以上这些存在的诸多问题，给电力线载波通信的大范围推广造成了阻碍。

5.结束语

本文对主要是介绍抵押电力线载波通信系统，包括现在载波通信的研究前景，发展现状及其涉及的算法和技术。电力线载波通过载波的方式将模拟信号或者数字信号在电力线上高速传输，不仅不需要线路投资，而且具有高可靠性，具有极其广阔的发展空间。