電力線上網(wǎng)技術縱深解析

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　一、PLC技術要素

　　1.電力線網(wǎng)絡單元（PNU）

　　它負責控制電力線網(wǎng)絡并從單元配電網(wǎng)集成話務。通過適當?shù)碾娦鸥删€接口，PNU再將話務傳至饋電網(wǎng)絡。根據(jù)饋電網(wǎng)絡中使用的不同介質(zhì)，PNU也可轉(zhuǎn)換來自低壓配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)話務。

　　2.電源線網(wǎng)絡終端（PNT）

　　它為最終用戶PC或其它用戶提供適當?shù)慕涌?，如以太網(wǎng)或是USB。為了降低成本，這一獨立設備能夠和PC或其它設備相集成。

　　3.偶合設備（CouplingUnit）

　　它是將信號傳入線路并過濾噪音的。目前它還是一個插銷插入電插座的相對獨立的設備，今后它可能會和PLC調(diào)制解調(diào)器集成于一體。PLC調(diào)制解調(diào)器和PC內(nèi)的偶合設備的集合體有一天將使PC可以直接在網(wǎng)上運行。

　　配電網(wǎng)是一種共享介質(zhì)，即所有與之相連的用戶都共享同一“電纜”。在典型的城市配置中，它則轉(zhuǎn)化為與一個變壓器相連的大約100到200個用戶。PLC系統(tǒng)能夠在1Mbps的最佳傳輸速率下支持80個用戶，這一比例是足夠的。由PLC技術支持的客戶，需要具備一個技術條件，具有很強的帶寬分配能力的介質(zhì)接入控制（MAC）層。這就使電力線網(wǎng)絡不僅僅能夠支持80個Internet用戶的數(shù)據(jù)往復交換，而且能夠靈活地適應以不同速率傳輸?shù)纳闲泻拖滦袛?shù)據(jù)。

　　二、數(shù)據(jù)信號傳輸技術

　　1、數(shù)字擴頻技術（SST）

　　在目前的實際應用中，為了實現(xiàn)用于家庭或經(jīng)濟產(chǎn)品上的通信與控制網(wǎng)絡，需要更為可靠的多用戶環(huán)境的PL通信技術，擴頻載波通信技術就應運而生了。

　　擴頻通信相對于窄帶通信而言具有一定技術上的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在抗干擾方面。因為擴頻載波信號的帶寬通常較大（幾十至幾百KHz），所以其受干擾的頻率范圍所占比例相對減小，換句話講，就是各種噪聲僅能影響到一小部分所要傳輸?shù)男盘?，而大多?shù)的信號都能夠完整、正確的到達目的地，所以對于各種類型的干擾都具有較強的抵抗性。對于最常見的脈沖噪聲而言，盡管窄帶通信中的接收器具有較窄的通帶，使得僅有一小部分噪聲能進入接收器，但由于此類接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因素，瞬間的脈沖噪聲會使其發(fā)生自干擾，而引起它對傳輸來的信號產(chǎn)生誤操作；而使用低品質(zhì)因素的濾波器又會使通帶帶寬加大，令更多的噪聲進入接收器，所以窄帶通信對脈沖噪聲的抵抗性較差。

　　然而利用擴頻技術，當接收到具有較大能量的噪聲信號時，接收器會在噪聲的高能部分到達時自動停止工作，所以接收方僅對一小部分受影響的信號進行糾錯解碼即可；另外，擴頻接收設備使用的濾波器具有較低的品質(zhì)因素，因而不會造成系統(tǒng)自干擾，所以擴頻技術具有較強的抗噪能力。

　　一般來講，目前實現(xiàn)擴頻有三種途徑：即直接序列調(diào)制、跳頻載波和利用Chirps掃描頻率進行載波。

　　1）直接序列調(diào)制（Direct-SequenceModulation）

　　此技術是將信號的能量平均分布于整個頻帶內(nèi)，并通過偽隨機序列將數(shù)據(jù)流倍加來使信號得以擴頻，此序列具有數(shù)倍于所傳信號二進制數(shù)據(jù)位率的符號速率。

　　2）跳頻載波（Frequency-Hopping）

　　即擴頻信號在某一頻率通過延續(xù)一段時間，來代表數(shù)據(jù)的一位、幾位或是一位的一部分。當信號在某一頻率上受到干擾時，信號就可切換到擴頻帶寬內(nèi)的其他頻率上去，因而大大降低了其受干擾的程度，這種方法對于CW干擾有較強的抵抗性。

　　3）利用掃描頻率的Chirps進行載波

　　此方法多用于類似于以太網(wǎng)的CSMA網(wǎng)絡，它利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體，每個chirps一般持續(xù)100us，它代表了最基本的通信符號時間（UST）。這些chirps覆蓋了100-400KHz的頻帶，并總是以200-400Khz的頻率開始，繼而以100-200KHz的頻率結(jié)束。由于chirps信號的線性掃描帶寬比信號帶寬要大得多，其線性加速度是較高的，而CW干擾的頻率加速度一般是穩(wěn)定的，所以只要將濾波器設計成只能通過具有特定角加速度的信號，就可以將CW干擾排除在外。另外，此種chirps波形還具有很強的自相關特性，這種模糊邏輯的相關性決定了所有連接在網(wǎng)絡上的設備，可以同時識別從網(wǎng)上任意設備發(fā)出的這種獨特波形，并且不需要在發(fā)送和接收設備間進行同步。

　　電力線數(shù)字擴頻技術可以充分利用傳輸頻帶，實現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸。擴頻通信可以克服窄帶噪聲影響和多徑影響，因此非常適合電力線通信環(huán)境。

　　SST技術容易實現(xiàn)，自動選擇高信噪比頻段，抵御瞬間干擾；但碼間干擾嚴重，需要非線形均衡器。

　　2、正交頻分多路復用技術（OFDM）

　　正交頻分多路復用技術采用多路窄帶正交子載波，同時傳輸多路數(shù)據(jù)，每路信號的碼元時間較長，可以避免碼元間干擾。通過動態(tài)選擇可用的子載波，該技術可以減少窄帶干擾和頻率谷點的影響。

　　OFDM技術的應用可以追溯到本世紀六十年代，主要用于軍用高頻通信系統(tǒng)。但是，一個OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復雜，從而限制了其進一步推廣。直到70年代，人們提出了采用離散傅立葉變換來實現(xiàn)多個載波的調(diào)制，以軟件方法實現(xiàn)復雜的OFDM處理，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術更趨于實用化。近年來，由于數(shù)字信號處理（DSP）技術的飛速發(fā)展，OFDM作為一種可以有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術已經(jīng)被廣泛應用于民用通信系統(tǒng)中。

　　OFDM技術已應用于高速MODEM和無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。第四代移動通信（4G）中將采用OFDM技術，這使數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到10Mbit/s，目前在無線局域網(wǎng)中也已采用了該技術。正在籌備之中的數(shù)碼地面波電視播放以及正在開發(fā)中的高速無線LAN“IEEE802.11a”都預定采用這項新技術。

　　正交頻分多路復用技術可以提高電力線網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量，即便是在配電網(wǎng)受到嚴重干擾的情況下，OFDM也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率，而且適當?shù)募m錯技術可以確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸。在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率，還可以抵制等幅波干擾。但OFDM收信機復雜，成本高，要求收信大動態(tài)范圍的線性放大，對瞬間干擾敏感。

　　三、與其它接入技術相比，電力線寬帶接入網(wǎng)絡具有以下優(yōu)勢：

　　1）充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡基礎設施，無需任何布線，是一種“NoNewWires”技術，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公用設施的破壞，同時也節(jié)省了人力。

　　2）可以為用戶提供高速因特網(wǎng)訪問服務、話音服務，從而為用戶上網(wǎng)和打電話增加了新的選擇，有利于其它電信服務商改善服務、降低價格。

　　3）對家庭聯(lián)網(wǎng)提供支持，使人們可以盡享由PLC技術帶來的家庭音、視頻網(wǎng)絡，多人對抗游戲等娛樂。

　　4）是家居自動化的生力軍，通過遍布各個房間的墻上插座將智能家電聯(lián)網(wǎng)，提前享用數(shù)字化家庭的舒適和便利。

　　5）利用PLC的永久在線連接，構(gòu)建的防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng)，讓上班族高枕無憂；構(gòu)建的醫(yī)療急救系統(tǒng)，讓家有老人、孩子和病人的家庭倍感放心。利用PLC也可提供獨立的數(shù)字化社區(qū)服務和電子商務，實現(xiàn)家庭辦公和遠程家電控制。

　　6）遠程自動讀出水、電、氣表數(shù)據(jù)，使公用事業(yè)公司節(jié)省大量費用，也方便了用戶。