《硅谷》杂志：基于低压电力线的通信技术与实现 |
| 2013-01-23 21:33 作者：刘侃 肖鑫 刘扬 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，低压电力线载波通信（PowerLineCommunication）是利用现有的低压电线网络作为载体，进行信息传输。近年来，随着电力系统的发展，利用现有的电力线网络系统能提供低成本高效益的网络服务。然而我国电力线组网复杂，干扰强、负荷情况复杂、信号衰减大等因素，严重的影响通信的质量。因此，对于低压电力线载波有必要进一步具体分析。
1国内外发展历程及现状
国外对电力线载波的研究已有一百多年。目前已有多个国际研究机构对高速电力线载波技术进行研究和开发，并取得了优秀的成果，产品的传输速率也从初期的1Mbps提高到24Mbps，48Mbps，甚至85Mbps。与国外相比，国内对电力载波通信的研究起步较晚，但发展迅速。国内研究正由早期利用国外的电力载波调制技术和芯片进行研发，向适合我国电网复杂的信道特性的调制技术和载波芯片研制转变，并已经取得了一些重大的进步。
2低压电力载波通信技术研究
2.1低压电力网络的特点
低压电力载波通信技术有着许多优势，只要有电的地区都有电力线的存在，所以作为数据传输的载体，与其他的通信方式相比有以下几个优势：1）价格优势。电力线载波通信的载体是电力线，无需再铺设宽带和光缆线路，它不需要高昂的发送和接收设备。2）使用优势。当设备的输入端和输出端接入电源后，即接入了电力线。3）电力网络覆盖度高，应用前景广阔。电力线网络普及程度远胜其他通信网络，为实现物联网奠定了坚实的基础。
目前国内的电力网络信道特别复杂，通信环境也十分恶劣。在实际使用中，电网上负载数量多、种类复杂、随机性等因素的影响，对输入阻抗、噪声干扰、信号衰减等方面都有较大影响[2]。
2.2关键技术分析
为了克服低压电力线存在的各种噪声和干扰、降低信号的衰减，研究表明可以用调制技术来提高系统的抗干扰和抗噪能力[3]。下面对目前流行的调制技术做简单分析：
1）二相频移键控技术BFSK。二进制频移键控调制方式的特点是转换速度快、抗干扰能力强、稳定度高且易于实现，但其传送效率比较低。目前青岛东软PLCi36G-III-E芯片和鼎信TCC081C芯片正是采用的BFSK技术。其通讯速率最高达9600bps，具备通信中继能力，可自动实现载波节点侦听、主动上报等功能。
2）码分多址技术CDMA，CDMA为每个用户分配特定地址码，地址码之间具有准正交性，使用伪随机码进行调制，使原带宽扩展，接收端进行相反的过程进行解扩得到最终的信号。CDMA具有抗干扰能力强、保密性能好、易于实现码分多址、具有抗衰落、抗多径干扰能力。CDMA也有缺点，如果不同用户的扩频码不是完美正交的，则CDMA系统性能将降低。北京福星晓程PL3201芯片采用的就是CDMA技术，其在单相多功能数字电能表芯片产品中有优异表现。
3）正交频分复用技术OFDM是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。OFDM有很强的抗波间干扰和码间干扰的能力。同时也有易受载波频偏的影响，峰值平均功率比过大，带宽利用率不高的缺点。采用OFDM技术的是深圳力合微电子LME2980芯片。LME2980的瞬时速率可达36kbps，工频过零传输平均速率超过10kbps。
4）多载波码分复用技术MC-CDMA。MC-CDMA是OFDM和CDMA相结合的技术，信息先通过一个扩频码扩频，然后将扩频后的数据分别调制到子载波上进行传输，最后在接收端进行解调和解扩，还原出原始信号。MC-CDMA具有二者的特点，能有效地避免时延扩展所带来的影响，具有抗多径、码间和波间干扰能力强、容量大、有效地克服子载波受深衰落的影响和极高的频带利用率，非常适宜于PLC高速数据传输。
2.3电力载波通信芯片和模块的研制
目前国内可以使用的芯片主要是国外进口的通用电力载波芯片（如美国埃施朗echelon公司的PL3170系列芯片）和国内自主研发的电力载波芯片（如长沙新竹数公司的XZ386芯片、深圳力合微电子公司的LME2980芯片等）。下表为国内市场上各种芯片模块进行分类介绍。
表1国内市场上电力载波芯片及模块介绍
芯片特色 应用情况 代表芯片型号或模块
BFSK技术 在我国内使用较晚，应用效果好 RISE3301、PL3170、PL350、PL3120、ST7538、Mi200E、PLCi36G-III-E；
CDMA技术 在我国内使用的较晚，效果不错 PL2101；
OFDM技术 近几年开始应用并反应效果良好 MAX2992、MX2991、INT5500；
MC-CDMA技术 近两年才出现，应用较少 LME2980;
3低压电力载波技术的应用
低压电力线载波通信具有无需重新布线、不占用无线频道资源、造价低、维护简单等优点，在我国的应用也越来越广泛。目前典型的应用包括以下3方面。
3.1智能家居
科技以人为本，随着科技的发展，人们对家庭生活的安全、舒适、便捷等方面的要求越来越高。你是否会为家里数量繁多的遥控器而烦恼？经常找不到遥控器，也不容易分辨具体是控制哪个电器。智能家居就是人们所期待的，可以通过电力线传输把所有的电器设备统一控制，只要有插座的地方就可以接入网络。电力载波智能家居系统成本低廉，系统稳定，信息安全度高，因而是智能家居组网的首选方式。
电力载波系统主要由外部网络、内部网络、智能网关、连接方式等子系统组成，它们都不是独立的，而是和其他子系统相互关联、融合为一个整体，并相互响应做到真正义上的智能和人性化。
3.2自动抄表系统
自动抄表系统（AutomaticMeterReadingSystem）是一种不需要现场管理，利用电力载波技术将用户的电能表所记录的各种数据传输到远程主控站的控制网络中，并对数据进行分析、统计的系统[4]。如今社会随着科学技术迅猛地发展以及人们对生活品质要求的不断提高，日常生活费用实现智能化的呼声越来越高，尤其是人民群众居住的住宅小区，将个人用户的电表，实现远程集中自动抄表，形成智能化管理。
自动抄表系统广泛应用于月用电量少，电表分布零散，人工统计电量不经济的山区农村、乡镇地区。当前国内已经有应用于电表行业需求的电力线载波通讯芯片。芯片的抗干扰能力和数据传输的安全性将是基于电力线载波通信技术的自动抄表系统今后的研究方向。
3.3新型智能化小区
当今社会逐渐城市化，智能居民小区越来越多的出现在生活中。智能小区之所以称为“智能”，是其以低压电力载波通信为主，辅助以红外线、wifi等技术构成了4大智能系统。分别为智能家庭子系统、小区安防子系统、通讯网络子系统和物业管理子系统。各个系统之间利用电力载波通信实现实时的双向通信。意外情况发生，主控计算机会及时检测出异常并发出控制信号，最终实现对终端设备的控制功能。现如今，对于机场、医院等，对无线环境要求比较严格的场所，低压电力载波通信技术的应用拥有巨大优势。
4结论
低压电力载波通信技术正成为国内外通信技术的热点，具有广泛应用前景。研究表明使用恰当的调制技术可以有效地降低恶劣信道环境带来的影响。随着拥有自主知识产权的电力载波芯片的开发，标志着我国在这一领域取得重大进步。基于我国与外国科技技术差距的现状，我国低压电力载波通信在未来5～10年内的研究趋势将是MC-CDMA技术的完善，以及应用此技术的高速、安全且低功耗的电力载波芯片和模块的研发。其具体的应用方向除了以上三个外，在军事超远程通讯、监测与控制和农业灌溉方面也有着巨大的应用前景。 |
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