電力線上網(wǎng)技術(shù)縱深解析

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　一、PLC技術(shù)要素

　　1.電力線網(wǎng)絡(luò)單元（PNU）

　　它負(fù)責(zé)控制電力線網(wǎng)絡(luò)并從單元配電網(wǎng)集成話務(wù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娦鸥删€接口，PNU再將話務(wù)傳至饋電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)饋電網(wǎng)絡(luò)中使用的不同介質(zhì)，PNU也可轉(zhuǎn)換來(lái)自低壓配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)話務(wù)。

　　2.電源線網(wǎng)絡(luò)終端（PNT）

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

　　3.偶合設(shè)備（CouplingUnit）

　　它是將信號(hào)傳入線路并過(guò)濾噪音的。目前它還是一個(gè)插銷插入電插座的相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備，今后它可能會(huì)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(shè)備的集合體有一天將使PC可以直接在網(wǎng)上運(yùn)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(gè)變壓器相連的大約100到200個(gè)用戶。PLC系統(tǒng)能夠在1Mbps的最佳傳輸速率下支持80個(gè)用戶，這一比例是足夠的。由PLC技術(shù)支持的客戶，需要具備一個(gè)技術(shù)條件，具有很強(qiáng)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(luò)不僅僅能夠支持80個(gè)Internet用戶的數(shù)據(jù)往復(fù)交換，而且能夠靈活地適應(yīng)以不同速率傳輸?shù)纳闲泻拖滦袛?shù)據(jù)。

　　二、數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸技術(shù)

　　1、數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)（SST）

　　在目前的實(shí)際應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)用于家庭或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品上的通信與控制網(wǎng)絡(luò)，需要更為可靠的多用戶環(huán)境的PL通信技術(shù)，擴(kuò)頻載波通信技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。

　　擴(kuò)頻通信相對(duì)于窄帶通信而言具有一定技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在抗干擾方面。因?yàn)閿U(kuò)頻載波信號(hào)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(duì)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?hào)，而大多數(shù)的信號(hào)都能夠完整、正確的到達(dá)目的地，所以對(duì)于各種類型的干擾都具有較強(qiáng)的抵抗性。對(duì)于最常見(jiàn)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(jìn)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(huì)使其發(fā)生自干擾，而引起它對(duì)傳輸來(lái)的信號(hào)產(chǎn)生誤操作；而使用低品質(zhì)因素的濾波器又會(huì)使通帶帶寬加大，令更多的噪聲進(jìn)入接收器，所以窄帶通信對(duì)脈沖噪聲的抵抗性較差。

　　然而利用擴(kuò)頻技術(shù)，當(dāng)接收到具有較大能量的噪聲信號(hào)時(shí)，接收器會(huì)在噪聲的高能部分到達(dá)時(shí)自動(dòng)停止工作，所以接收方僅對(duì)一小部分受影響的信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)解碼即可；另外，擴(kuò)頻接收設(shè)備使用的濾波器具有較低的品質(zhì)因素，因而不會(huì)造成系統(tǒng)自干擾，所以擴(kuò)頻技術(shù)具有較強(qiáng)的抗噪能力。

　　一般來(lái)講，目前實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(jìn)行載波。

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

　　此技術(shù)是將信號(hào)的能量平均分布于整個(gè)頻帶內(nèi)，并通過(guò)偽隨機(jī)序列將數(shù)據(jù)流倍加來(lái)使信號(hào)得以擴(kuò)頻，此序列具有數(shù)倍于所傳信號(hào)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位率的符號(hào)速率。

　　2）跳頻載波（Frequency-Hopping）

　　即擴(kuò)頻信號(hào)在某一頻率通過(guò)延續(xù)一段時(shí)間，來(lái)代表數(shù)據(jù)的一位、幾位或是一位的一部分。當(dāng)信號(hào)在某一頻率上受到干擾時(shí)，信號(hào)就可切換到擴(kuò)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(duì)于CW干擾有較強(qiáng)的抵抗性。

　　3）利用掃描頻率的Chirps進(jìn)行載波

　　此方法多用于類似于以太網(wǎng)的CSMA網(wǎng)絡(luò)，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(gè)chirps一般持續(xù)100us，它代表了最基本的通信符號(hào)時(shí)間（UST）。這些chirps覆蓋了100-400KHz的頻帶，并總是以200-400Khz的頻率開(kāi)始，繼而以100-200KHz的頻率結(jié)束。由于chirps信號(hào)的線性掃描帶寬比信號(hào)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(shè)計(jì)成只能通過(guò)具有特定角加速度的信號(hào)，就可以將CW干擾排除在外。另外，此種chirps波形還具有很強(qiáng)的自相關(guān)特性，這種模糊邏輯的相關(guān)性決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，可以同時(shí)識(shí)別從網(wǎng)上任意設(shè)備發(fā)出的這種獨(dú)特波形，并且不需要在發(fā)送和接收設(shè)備間進(jìn)行同步。

　　電力線數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)可以充分利用傳輸頻帶，實(shí)現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸。擴(kuò)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(shù)容易實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)選擇高信噪比頻段，抵御瞬間干擾；但碼間干擾嚴(yán)重，需要非線形均衡器。

　　2、正交頻分多路復(fù)用技術(shù)（OFDM）

　　正交頻分多路復(fù)用技術(shù)采用多路窄帶正交子載波，同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)，每路信號(hào)的碼元時(shí)間較長(zhǎng)，可以避免碼元間干擾。通過(guò)動(dòng)態(tài)選擇可用的子載波，該技術(shù)可以減少窄帶干擾和頻率谷點(diǎn)的影響。

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

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

　　正交頻分多路復(fù)用技術(shù)可以提高電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，即便是在配電網(wǎng)受到嚴(yán)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(dāng)?shù)募m錯(cuò)技術(shù)可以確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸。在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)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(shí)又提高了頻譜利用率，還可以抵制等幅波干擾。但OFDM收信機(jī)復(fù)雜，成本高，要求收信大動(dòng)態(tài)范圍的線性放大，對(duì)瞬間干擾敏感。

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

　　1）充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線，是一種“NoNewWires”技術(shù)，節(jié)約了資源。無(wú)需挖溝和穿墻打洞，避免了對(duì)建筑物和公用設(shè)施的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力。

　　2）可以為用戶提供高速因特網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)、話音服務(wù)，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(wù)商改善服務(wù)、降低價(jià)格。

　　3）對(duì)家庭聯(lián)網(wǎng)提供支持，使人們可以盡享由PLC技術(shù)帶來(lái)的家庭音、視頻網(wǎng)絡(luò)，多人對(duì)抗游戲等娛樂(lè)。

　　4）是家居自動(dòng)化的生力軍，通過(guò)遍布各個(gè)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(wú)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(dú)立的數(shù)字化社區(qū)服務(wù)和電子商務(wù)，實(shí)現(xiàn)家庭辦公和遠(yuǎn)程家電控制。

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