电力线通信技术的发展

2013-12-13 11:25:50 电力信息化　点击量：评论 (0)

1　电力线通信概述　　电力线载波通信（PLC）利用输电线路作为信号的传输媒介，人们利用电力线可以传输电话、电报、远动、数据和远方保护信号等。由于电力线机械强度高，可靠性好，不需要线路的基础建设投资和日

4PLC的研究现状
　　目前PLC已经发展到第三代——全数字PLC。
在全数字PLC中可以采用当前先进的数字信号处理技术，因此大大提高了PLC的容量和质量，使得PLC作为最后一公里解决方案成为可能。
　　在最后一公里的解决方案中，比较成熟的有ISDN、XDSL等。但是PLC能够充分利用现有的低压配电网络，无需任何布线，是一种“No NewWires”技术，和其他接入方式相比有很多优势。下面　　是各种接入方案的比较表。

　　
　　PLC的诸多优点吸引了国际上众多的学者、团体、公司先后投入这个领域，推动了PLC的发展。为了克服低压网上传输数据的困难，人们正试图将先进的数字信号处理技术引入到PLC中。在全数字PLC中，可以采用当前流行的语音压缩编码技术，如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、多带激励（MBE）等，对语音信号经过压缩编码，降低输入信号的冗余，提高了频带利用率；然后与数据信号进行数字复接。可以采用自适应回波抵消技术实现双向通信；可以采用自适应信道均衡技术减小信道对通信造成的影响，提高可靠性。美国AT＆T公司贝尔实验室推出的VLSI单片声码器Q4401采用QCELP技术，编码速率在800b／s～600b／s的范围内可调，速率在9600b／s时的话音质量甚至优于速率为32kb／s的ADPCM编码的话音质量，大大提高了通信的有效性。国内宏图高科研制的新一代全数字电力线载波机采用AMBE技术，通话质量也很好。
　　PLC的理论研究已经从早期的模拟调制转移到数字调制方法，目前采用传统的频带传输（幅移键控ASK，频移键控FSK，相移键控PSK）的PLC日趋成熟，研究的热点是三种具有高抗干扰性的数字调制技术：多维网格编码技术、扩频通信技术（SC）和正交频分复用（OFDM）等。
　　在传统的数字通信系统中，纠错编码和调制是独立进行设计的。纠错编码增加了冗余度，编码增益是通过降低信息传输速率获得，因此传统的纠错编码方法很难进一步提高通信系统的性能。解决可靠性和有效性更有效的方法是将编码和调制技术有机结合，将冗余度映射至与频谱展宽不直接联系的调制信号的参数扩展中，例如信号空间矢量点或信号星座数的扩展中，这就是网格编码调制（TCM）思想的基本出发点。最佳的编码调制系统应按编码序列的欧氏距离为调制设计的量度，这就要求必须将编码器和调制器当作一个整体进行综合设计，使得编码器和调制器级联后产生的编码信息具有最大的欧氏距离。1982年Ungerboeck提出了基于“集分割”原理的编码和调制相结合的网格编码TCM技术，通过扩展信号星座的大小，在不扩展带宽，不降低信息传输速率的条件下，可以获得3～6dB的增益。1984年，LEE－FANGWei提出了克服相位模糊的相位旋转不变网格码，并被国际电信联盟ITU－T采纳为PSTN上高速调制解调器的建议。多维网格编码不但采用了子集分割的思想，还通过维数的扩展减小需要存储的星座点的数量，获得更好的映射增益和编码增益，具有很好抗干扰性能，因此特别适合电力线这样干扰大的信号。目前很多国内厂家采用的就是用于PSTN上的高速调制解调器方案移植到PLC中，它的核心就是多维网格编码调制技术，目前研究的还是四维的情况。
　　扩频通信是用伪随机编码（扩频序列：SC）将待传送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后再进行传输；在接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理。扩频通信技术以牺牲频带为代价，降低了信噪　　—32—比，可以在极低信噪比的情况下实现可靠的通信服务。扩频通信的良好抗干扰性能使得它特别适合在低压电力线这样恶劣的信道环境下提供可靠的数据服务。而且扩频通信可以实现码分多址技术，实现不同低压配电网上不同用户的同时通信。扩频通信技术主要有直接序列扩频（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）、线性调频以及上述各种基本方式的组合。目前扩频通信在低压配电网上的研究已经取得初步成功，2000年Intellon公司推出了用于低压配电网的扩频芯片，而我国清华大学也研制成功基于扩频技术的低压配电网实验平台，可以通过220V低压电力线实现两台计算机之间的文件或数据的传输，传输速率可以达到10kb／s。
　　正交频分复用（OFDM）技术在频域把信道分成许多正交子信道，各子信道的载波间保持正交，频谱相互重叠，这样减小了子信道间的相互干扰，提高了频谱利用率。同时在每个子信道上信号带宽远小于信道带宽，因此每个子信道是相对平坦的，大大减小了符号间的干扰，这也使得信道均衡可以得到简化。OFDM具有抗多径干扰能力强、频谱利用率高的优点，因此受到广泛关注，目前在有线和无线领域的研究都很多，在ADSL中采用的离散多音调制DMT实际上就是OFDM技术。目前OFDM在全数字电力载波通信中的研究也方兴未艾，2000年4月，Intellon公司基于OFDM的PLC研究取得突破性进展，它的组网试验的数据传输速率可达14Mbps（频带：4．3MHz～20．9MHz，84路载波）。研究OFDM的重点主要是如何分配子信道的数目和如何保持子载波间的正交性。保持子载波间的正交性对OFDM性能至关重要，因此在接收机中同步问题尤为重要。