低压电力线载波通信技术及其应用探讨

低压电力线载波通信是一种利用低压配电线路作为信息传输介质来传输数据或语音的特殊通信方式。电力线网络的广泛覆盖，决定了它具有相当大的潜在使用价值。国外的这项研究已经有近百年的历史，在理论和技术上具有绝对优势。国外对这项技术的研究很早就开始了，至今已经取得了相当的成果。而我国的电力网络是独特的，对这项技术的研究也是近几年才开始的，这就决定了我们积极研究这项技术的紧迫性。本文将重点介绍低压电力载波通信的基本原理、通信信道特性和建模、低压电力载波通信系统的组网，并对各种关键技术和各种载波芯片和模块进行对比分析。

关键词:低压电力线；载波通信；技术应用

1低压电力线通信系统的设计策略

低压电力线载波通信的质量在实际运行中受到很多因素的影响，其中最重要的两个方面包括通信信道的阻抗特性和衰减以及噪声干扰。阻抗会直接制约信号的传输距离，而噪声干扰会严重影响通信质量。可以说，这两个因素直接决定了通信系统的成败。只有对这两方面进行有针对性的分析和研究，才能对低压电力通信系统进行全面的设计。根据这些特点，在通信系统的设计中应充分考虑以下几个方面:1)由于电力线阻抗的设计和材料的应用决定了其阻抗一般较小，因此应尽可能控制通信系统发射端和接收端的阻抗，不能因阻抗不匹配而使能量在传输过程中损失过多；

2)高频信号在室内电力线传输时会有很大程度的衰减。并且当信号通过电力线传输时，时变干扰和噪声是常见的。因此，需要使用室内电力线作为通信信道。为了实现小信噪比的通信系统，必须具有很强的抗干扰能力。电力线载波通信系统中常用的技术有扩频技术和正交频分复用技术，这两种技术可以在信噪比较小的情况下获得较高的接收信噪比，而正交频分复用技术除了上述优点外，还具有抗频率选择性衰落和多径干扰的优点。

3)通信的波频和带宽选择要足够合理，根据实际情况根据信号在频域的衰减和噪声谱密度进行分析。鉴于此，我们应该选择一个较低的频段，反之，如果先考虑噪声因素，就应该选择一个较高的频段，所以要在现实中比较这两个方面，进行综合比较；

4)一般家庭电网分支较多。同时，由于阻抗失配、驻波、反射等现象，当信号通过不同的干井最终到达接收端时，可能会产生强烈的多径干扰。采用rake接收机不仅能有效抵抗多径衰落，还能起到信号能量分集的作用，降低误码率。

5)由于噪声源的距离对通信质量的影响最大，当距离不能改变时，应在通信接收处安装隔离性较好的阻波器；

6)使用码长合适的卷积码可以进一步降低误码率；

7)由于低压电力线通信信号的衰减时变性能很强，因此在通信系统的设计中应给予自适应能力足够的重视，使其能根据实际衰减情况自动调整发射机功率和接收机灵敏度，从而保证通信质量；

8)在低压电力线载波通信系统的设计中，应尽可能避免长数据包。如果有必要，它们可以被重新打包以缩短数据包的长度。由于脉冲干扰的存在，数据包越短越有优势，这样可以相应减少被脉冲干扰的数据量，保证数据传输速度。

2在中国的具体应用

发达的供电网络线路为低压电力线载波通信技术的发展提供了广阔的平台，具有不占用无线信道资源、节省布线、减少工程量、维护简单等无可比拟的优势。同时，随着科学技术的发展和我国电力网络的逐步开放，低压电力载波通信技术在我国得到了广泛应用。典型的例子包括家庭智能、自动抄表和新型智能住宅区。

2.1家庭智能

智能家庭网络是指将分布在居民楼内的各种微控制器与pc机连接成一个家庭网络，可以实现设备的智能化管理，同时只要有插座就可以实现无限上网。

因为不需要铺设信号线，联网工程的优点是不破坏原有的家具环境。同时也能保证系统的稳定性，其工程造价相对容易控制。

通常，电力宽带互联网接入系统由电力调制解调器、PLC设备、pc机、交换机和路由器等组成。当使用低压电力线进行网络连接时，通过电力调制解调器将PC机信号转换成特殊的电力信号，然后通过电力线将电力信号传输到PLC设备，同时设备将电力信号转换成原始的数据信号，再通过交换机和路由器进入互联网，从而达到电力线接入网络的目的。

2.2自动抄表系统

我国自动抄表行业兴起于上世纪80年代，但发展相对缓慢。直到2003年才逐渐进入推广，从2006年开始进入高速增长期。现在正处于电力载波抄表发展的黄金阶段。低压电力线载波通信自动抄表技术正逐步走向实际应用阶段，使抄表工作不受时间和空间的限制，居民也将能随时查询自己的用电量，电力管理部门也能随时准确地得到用电数据。

电力载波通信网络组网研究

低压配电线路具有物理拓扑和一定的时变性，逻辑拓扑的变化与信道质量密切相关，严重影响低压电力线载波通信的可靠性。有学者提出探索和研究高速电力线通信的组网方式和网络模型，从而找到合适的算法来优化电力线通信网络的路由，提高电力通信的可靠性。对低压配电网中窄带电力线通信数据逻辑链路的选择、建立和自动路由进行了研究和探讨，提出了一种基于非重叠聚类的动态路由算法和网络重构算法，以保证通信网络的有效性。有学者提出网络自组织重构技术可用于低压配电网电力线载波通信，自动检测可通信的逻辑节点和最优中继节点，动态调整路由和配置中继信息，自动识别节点的输入或删除，从而实现低压配电网点对点、点对多点的可靠通信。

4结论

低压电力载波通信技术以其独特的优势逐渐成为通信领域技术研究的热点。可以说，低压电力载波通信技术具有广阔的应用前景和可利用价值。而我国低压电网的特殊性决定了通信信道的分析和建模难度较大，无法直接使用国外成熟的技术和产品。但随着国内研究机构和相关公司的重视，我国低压电力载波通信也在逐步发展。具有自主知识产权的电力载波芯片的开发，标志着我国在该技术领域取得实质性突破。但是和国外重量级的研究机构和公司还是有不小的差距。我们应该逐步加强这项技术的研究和应用。低压电力载波通信技术的具体应用方向不仅在远程自动抄表、家庭智能化、新型智能小区领域，还包括农业节水灌溉的监控和农产品流通过程的信息化。

参考

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