时间:2008-10-10 13:21:11 | 作者:李祥珍
摘 要：电力线高速数据通信技术(PLC)在电力系统通信中占有重要位置。文章首先对该项技术在国内外的研究和应用现状进行了回顾，介绍了我国PLC方面的主要工作成果和国内外PLC关键技术发展情况(包括信道模型、噪声特性、信道容量、调制技术及MAC层协议等)、标准的进展情况以及尚存在的主要问题。论述了PLC技术的发展趋势，以及需要进一步开展的工作。
关键词：电力线高速数据通信；信道特性；宽带接入；电磁兼容；正交频分复用
引言
电力线高速数据通信技术(PLC或PLT)，是一种利用中、低压配电网作为通信介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术，不仅可以作为解决宽带接入“最后1 km”的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。
电力线是设计用来输送电能的，因而并不具备通信链路的必要条件，所呈现的是一种高噪声、强衰减、负荷变化剧烈、阻抗变化大、频率响应不平坦等恶劣性能。要实现可靠的电力线高速数据传输，必须解决以下问题：
(1)尽可能消除电气设备、控制设备、空中无线电等噪声对传输可靠性的影响；
(2)努力阻止线路、各种电气设备、阻抗波动、阻抗不匹配以及容性负载引起的信号衰落；
(3)最大限度减缓电力线分支以及网络不均衡引起的多径衰落对传输可靠性的影响。
20世纪90年代以前，电力线载波系统采用的是FM(模拟调频)、FSK(频移键控)、PSK(相移键控)等窄带通信技术，由于抗噪声干扰和多径干扰能力差，对电力线信道的适应性也差，因此主要靠改善信道条件(使用阻波器)和提高信噪比(增大发送功率)来实现可靠传输。但由于窄带调制技术频带利用率极低，因此在有限的带宽内只能实现低速的数据传输，而且仅限于适应经过特殊改造的高压线路。对于低压和中压配电线路，由于线路复杂、分支多，无法对线路进行诸如阻波等技术的改造，因此即使是低速数据，也无法实现可靠的传输。
20世纪90年代以后，随着通信技术的发展，国外开始研制专门用于配电网的高速数据通信技术，将扩频通信技术、多载波调制(DMT)、正交频分多路复用(OFDM)、信道纠错编码、多路访问等先进技术引入电力线载波通信领域。1997年英国的NOR．WEB公司在英国曼彻斯特的一个低压配电网上成功进行了传输速率为1 Mbit／s的数据通信试验? ，实现了电力线载波通信技术的突破，这个里程碑式的试验极大地推动了电力线高速数据通信技术的发展。
1 电力线高速数据通信技术的国外发展现状及趋势
1．1 机理研究及产品开发
电力线高速数据通信技术在英国试验成功以后，许多国家的研究机构和企业相继开展了这方面的研究和开发[2-5]，如美国的Inari和Intellon公司、西班牙的DS2公司、以色列的Yitran公司、韩国的Xeline公司、瑞士的ASCOM公司，以及欧美、亚洲的一些大学院校等。
国外学者对电力线高速数据通信技术的机理进行了深入研究，成立了多个PLC国际组织，从1997年开始每年举办数次PLC国际专题会议，研究内容非常广泛，包括：电力线的信道模型、噪声特性分析、调制方式、MAC层协议、网络管理、室内网络、接入网络、系统设计方法、芯片制造技术、电磁辐射和传播、信道预测技术、信道容量预测、信道传播特性测量、标准和协议、系统结构、组网方式、中压高速载波技术等多方面内容。经过多年的努力，已经基本建立起电力线高速数据通信技术的理论体系。
电力线高速数据通信技术从1997年到现在历经了3个阶段(时问上有一些交叉)，产生了3代技术和产品。第1代：2001年底以前，采用FSK、GMSK、DSSS或DMT技术，传输速率为1～4 Mbit／s，主要目标是验证了电力线高速数据通信技术应用的可行性；第2代：2001年第三季度至今，主流芯片的传输速率为1O～45 Mbit／s，进入大规模、多区域的试验和实际运行阶段，其主要标志是INTELLON公司推出的传输速率为14 Mbit／s的芯片和DS2公司推出的传输速率为45 Mbit／s的芯片，引入了OFDM技术，不仅有效消除了多径干扰，增强了对电力线信道的自适应性和抗噪声干扰的能力，而且大大提高了频带利用率，实现了10 Mbit／s以上的高速率数据传输；第3代：从2004年第三季度开始，电力线高速数据通信技术更多使用子载波的OFDM和高频带利用率的调制技术，传输速率达到
200 Mbit／s(如DS2公司2004年推出的DSS9000系列芯片，INTELLON公司即将推出的INT6000芯片)，这代产品具有交换和传输功能，自动中继和自动路由选择技术逐渐得到推广，系统结构更加灵活方便，通用性和兼容性更强，网络管理功能更加完善，数据传输的QoS得到充分保障，设备和系统成本进一步降低。
1．2 应用情况
欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1日开始启动了一个称之为OPERA(Open PLC European Research AMance)的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量，致力于制定欧洲的PLC统一技术标准、推动大规模商业化应用[5-6]，并将PLC作为实现“eEurope”(信息化欧洲)的重要技术手段。美国、欧洲等国也出台相应政策或措施推动PLC的发展，许多大的电力企业也积极进行中压及低压PLC的试验。美国的American Electric Power等l7家主要电力企业，德国、奥地利、西班牙等15个欧洲国家的32个电力企业均建立了PLC试验网络，有的还进行了PLC商业化运营(如德国的MVV等)。亚洲开展PLC研究和试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、新加坡、中国香港、中国台湾等地。日本对PLC的态度，经历了从初期怀疑否定到开放试验，直至今日的积极推动的三个阶段。目前，东京电力、新加坡电力、香港中华电力等均建立了一定规模的试验网络。据不完全统计，截止2004年年底，PLC的试验网络遍及欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、非洲以及大洋洲的4O多个国家和地区。
1．3 技术标准
技术的标准化是产品成熟的重要标志和大规模应用的前提。欧洲、美国从2002年起开始研究PLC系统的技术框架和技术标准 [7-9] ，目前已经取得了积极进展。在产品技术规范方面，欧洲电信标准化组织ETSI从2002年开始陆续公开了2个PLC技术规范(TS 101 896、TS 101 867)和5个技术报告(TR 102 049、TR 102 175、TR 102 258、TR102 259、TR 102 324)。另外还有6个项目正在进行中(DTS/PLT一00005、DTS/PLT-00007、DTS/PLT-00009、DTS/PLT-000010 、DTR/PLT-000011、DTS／PLT-000017)。涉及网络电磁兼容标准制定的机构主要有：ITU―T，CENELEC/ETSIjwG EMC，CENELEC的TC210、SC205A，ETSI的TC ERM、EP PLT，美国FCC等。目前定义了l～30 MHz范围内电信网络辐射限值的技术标准有4个：德国的NB30、英国的MPT1570、美国的FCCPaal5以及国际电信联盟于2003年7月推出的ITU―TK．60。
总体而言，PLC的相关技术标准正在制定中，目前还没有形成相应的具有法律约束力的规范。对于电磁骚扰的测试方法，各国做法不尽相同，限值各异。但普遍认为，30 MHz以下的电磁骚扰主要体现在传导骚扰上，因此，在目前的国际标准中，并未规定相应的辐射骚扰限值。对于大规模的PLC应用，如何制定科学的测试方法以及规定合理的限值，是欧洲以及一些国际性组织正在研究的重要课题之一。
1．4 发展趋势
电力线高速数据通信技术具有3个明显的发展趋势。一方面，正在向更高传输速率的方向发展，其表现为多家公司推出传输速率高达200 Mbit/s的专用芯片；另一方面，利用中压(10 kV)配电网组建高速数据传输骨干网的设想也日益引起人们的重视，因为利用中压配电网进行高速数据传输，不仅可以充分、有效地利用电力系统的资源，而且可以极大地延伸光纤骨干网的服务区域，成为骨干通信网的有效补充和有机组成部分，同时为开展农村电信服务开辟了新的思路；第三方面，电力线宽带接入技术正在向具有更高服务质量和完善传输、交换功能的方向发展。
2 PLC的关键技术
2．1 倍道模型、噪声特性以及信道容量
研究电力线网络信道模型，通常使用多径传输模型和传输矩阵模型2种方法。这2个模型从不同角度对高频信号在电力线上的传播特性进行研究。多径传输模型是根据高频信号的多条路径传播产生的合成效应(多分支及阻抗失配造成的传输反射)研究电力线信号的传播特性；传输矩阵模型则把整个电力线看成为一个二端口网络，利用二端口网络的传输矩阵计算出电力线信道的传递函数[2,3] 。
除了因线路衰减和多路传输所造成的信号失真外，噪声是影响电力线数据可靠通信的最关键因素。和其他信道不同的是，电力线信道的噪声并不呈现白噪声(AWGN)特性，主要是有色背景噪声、窄带干扰和脉冲噪声的存在，容易引起突发性传输差错。脉冲噪声分为与工频同步的周期性脉冲噪声和异步脉冲噪声2种。与工频同步的脉冲噪声主要是由与工频同步运行的供电设备引起的，它一般在电压的过零点产生；典型的异步脉冲噪声是由电网上的开关事件引起的。脉冲噪声可以用马尔可夫链(Markov―chain)的随机统计模型表示，背景噪声一般用AR回归模型来模拟，窄带噪声用N个独立的正弦信号叠加表示。
本文关键字：通信技术 规程标准，plc技术 - 规程标准
上一篇：PLC发展趋势——网络把持
