如何实现电力线通信

2019-11-03 09:56:42

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供稿：网友

　　电力线通信是通过电力线载波方式来传送网络信息，其历史可追溯到20世纪20年代。那时，主要集中在11kV以上的高压远距离传输，工作频率为150kHz以下，该频段成为欧洲电技术标准化委员会电力线通信的正式频段。到20世纪50年代，低频高压电力线通信技术已广泛用于监控、远程指示、设备保护以及语音传输等领域。50年代后至90年代早期的30多年，电力线通信开始应用在中压和低压电网上，其开发工作主要集中在电力线自动抄表、电网负载控制和供电管理等领域，但并没有导致电力线通信大量的产品及服务的出现。

　　电力线通信面临的问题

　　电力线是一种分布非常广泛的线路资源。长久以来，人们一直试图通过它传输数据和语音信号。但由于电力线通信环境恶劣，许多技术问题一直困挠人们。其中，最主要的问题在于噪音和信号衰减。电力线通信的噪音主要来自于低压电网相连的负载，以及无线电广播的干挠；而信号的衰减是与通信信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配相关的。由于负载的开关会引起电力线上供电电流的波动，从而导致在电力线的周围产生电磁辐射，所以，沿电力线传送数据时，会出现许多意想不到的问题。在这样的噪声环境下，很难保证数据传输的质量。而且，电力线通信的噪音和信号衰减是随时间变化的，很难找到规律。因此，电力线通信的环境极为恶劣。

　　电力线通信的关键技术　　目前，新的技术可以解决以往存在的许多问题。采用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，可以在同一电力线不同带宽的信道上传输数据。主要是把有效的频谱分成许多小的信道。它们相互重叠，并且在空间上彼此正交。重叠越大，分成的信道数也就越多。每个信道提供一个低的数据速率，所有信道加在一起就可以获得较高的数据速率和更有效的频谱利用率。OFDM已广泛用于DSL技术和陆基无线电视发送系统。不过，相对这些技术而言，在电力线通信中，OFDM工作于突发模式而非连续模式。除此之外，电力线通信还采用了前向纠错、交叉纠错、自动重复请求和TPC编码等技术来保证通信信道的稳定可靠。电力线通信的介质访问控制(MAC)协议采用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议，并增加了支持优先级、公平竞争和延迟控制等功能，因此，可以突破低压电力线通信的许多技术障碍。

　　电力线改变一切

　　在室内，计算机、打印机、电话、传真机、信息家电和各种智能设备都能通过普通电源插座，由已有的电力线连接起来，组成局域网，现有的各种网络应用都能通过电力线向用户提供，这一切的改变都源自于电力线。　　早先的电力线通信主要集中在高压远距离传输，后来，低频高压电力线通信技术广泛用于远程控制、设备保护和语音传输等领域。再后来，电力线通信开始应用于中压和低压电网。随着因特网应用的不断扩展和各种新技术的出现，电力线通信开始应用于高速数据接入和室内组网，通过电力线载波方式传送语音和数据信息，把电力网用于网络通信，以节省通信网络的建设成本。

　　电力线通信用于接入方案

　　电力线通信是接入网的一种替代方案，这对网络运营商非常重要，这是因为：1.通信市场有50%的投资用于接入网；2.在很多国家，电信管制解除后，接入网的线路资源还归以往运营商所拥有，新兴运营商于是试图寻找一种新的解决方案，向用户提供网络接入服务，以打破传统运营商对最后一公里的垄断；3.新型电信业务的快速发展导致了接入网传输容量需求的急剧增加。

　　目前，开展接入网业务有两种方式：一种是建立新的网络，另一种是利用已有的线路资源。第一种方式可通过无线、新敷电缆或光纤等方法实现，无线方式需要射频转换的硬件，由于成本较高，难以得到大面积推广，只能作为有线接入的一种补充；新敷电缆或光纤需要重新布线，费时费力，并给用户带来诸多不便。因此，利用现有线路资源是比较理想的解决方式。

　　现有线路资源主要有：电话线、有线电视网和电力线。电话线和有线电视网的接入线路资源归传统的运营商所拥有，而且相对于电力线而言，其线路覆盖范围要小得多。在国内，除了特别偏僻的山区外，电力线几乎无所不在，在每个家庭的每个房间，至少都有一个以上的电源插座，这对开展接入业务而言非常方便。　　在室内组网方面，计算机、打印机、电话和各种智能控制设备都可通过普通电源插座，由电力线连接起来，组成局域网。现有的各种网络应用：如话音、电视、多媒体业务、远程教育等，都可通过电力线向用户提供，以实现接入和室内组网的多网合一。因此，电力线通信在家庭组网和接入等方面将大有可为。电力线通信将在一个较短的时间内，达到数10亿美元的产值，而且会像20世纪50年代的电视那样，影响每个家庭。

　　电力线通信环境分析

　　电力线通信的环境比电话线和有线电视网要恶劣得多。

　　电力线接入是把户外通信设备插入到变压器用户侧的输出电力线上，该通信设备可以通过光纤与主干网相连，向用户提供数据、语音和多媒体等业务。在通信设备内部，高频网络信号与50/60Hz低频电信号一起，耦合到用户端电力线上，由此可把通信网、电力输送网和用户驻地网连接起来。户外设备与各用户端设备之间的所有连接都可看成是具有不同特性和通信质量的信道，如果通信系统支持室内组网，则室内任两个电源插座间的连接都是一个通信信道。因此，低压电力网有多个通信信道。通信质量的好坏与通信信道直接相关，很大程度上取决于接收端的噪音水平和不同频率信号的衰减。噪音越大，在接收端将越难提取出有用的信号；同样，如果信号从发送端到接收端的传输过程中发生衰减，在接收端，信号可能被淹没在噪音之中，也很难提取出有用的信号。

　　电力线通信的噪音主要来源于与低压电网相连的所有负载以及无线电广播的干扰等，由于负载的开关会引起电力线上电流的波动，使得电力线的周围会产生电磁辐射，所以，沿电力线传送数据时，会出现许多意想不到的问题。另外，信号衰减与信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配情况有关，由于低压电网上负载的开关是随机的，因此，其阻抗是随时间而变化的，很难进行匹配。所以，电力线通信的环境极为恶劣，在这样恶劣的环境下，很难保证数据传输的质量，必须采用许多相关的技术加以解决。

　　(力普通信国际有限公司)

摘自《通信产业报》

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