如何實(shí)現(xiàn)電力線通信

2019-11-03 09:56:42

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供稿：網(wǎng)友

　　電力線通信是通過電力線載波方式來傳送網(wǎng)絡(luò)信息，其歷史可追溯到20世紀(jì)20年代。那時(shí)，主要集中在11kV以上的高壓遠(yuǎn)距離傳輸，工作頻率為150kHz以下，該頻段成為歐洲電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)電力線通信的正式頻段。到20世紀(jì)50年代，低頻高壓電力線通信技術(shù)已廣泛用于監(jiān)控、遠(yuǎn)程指示、設(shè)備保護(hù)以及語音傳輸?shù)阮I(lǐng)域。50年代后至90年代早期的30多年，電力線通信開始應(yīng)用在中壓和低壓電網(wǎng)上，其開發(fā)工作主要集中在電力線自動(dòng)抄表、電網(wǎng)負(fù)載控制和供電管理等領(lǐng)域，但并沒有導(dǎo)致電力線通信大量的產(chǎn)品及服務(wù)的出現(xiàn)。

　　電力線通信面臨的問題

　　電力線是一種分布非常廣泛的線路資源。長久以來，人們一直試圖通過它傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)。但由于電力線通信環(huán)境惡劣，許多技術(shù)問題一直困撓人們。其中，最主要的問題在于噪音和信號(hào)衰減。電力線通信的噪音主要來自于低壓電網(wǎng)相連的負(fù)載，以及無線電廣播的干撓；而信號(hào)的衰減是與通信信道的物理長度和低壓電網(wǎng)的阻抗匹配相關(guān)的。由于負(fù)載的開關(guān)會(huì)引起電力線上供電電流的波動(dòng)，從而導(dǎo)致在電力線的周圍產(chǎn)生電磁輻射，所以，沿電力線傳送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多意想不到的問題。在這樣的噪聲環(huán)境下，很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。而且，電力線通信的噪音和信號(hào)衰減是隨時(shí)間變化的，很難找到規(guī)律。因此，電力線通信的環(huán)境極為惡劣。

　　電力線通信的關(guān)鍵技術(shù)　　目前，新的技術(shù)可以解決以往存在的許多問題。采用正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸數(shù)據(jù)。主要是把有效的頻譜分成許多小的信道。它們相互重疊，并且在空間上彼此正交。重疊越大，分成的信道數(shù)也就越多。每個(gè)信道提供一個(gè)低的數(shù)據(jù)速率，所有信道加在一起就可以獲得較高的數(shù)據(jù)速率和更有效的頻譜利用率。OFDM已廣泛用于DSL技術(shù)和陸基無線電視發(fā)送系統(tǒng)。不過，相對(duì)這些技術(shù)而言，在電力線通信中，OFDM工作于突發(fā)模式而非連續(xù)模式。除此之外，電力線通信還采用了前向糾錯(cuò)、交叉糾錯(cuò)、自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求和TPC編碼等技術(shù)來保證通信信道的穩(wěn)定可靠。電力線通信的介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議采用載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議，并增加了支持優(yōu)先級(jí)、公平競(jìng)爭(zhēng)和延遲控制等功能，因此，可以突破低壓電力線通信的許多技術(shù)障礙。

　　電力線改變一切

　　在室內(nèi)，計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電話、傳真機(jī)、信息家電和各種智能設(shè)備都能通過普通電源插座，由已有的電力線連接起來，組成局域網(wǎng)，現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都能通過電力線向用戶提供，這一切的改變都源自于電力線。　　早先的電力線通信主要集中在高壓遠(yuǎn)距離傳輸，后來，低頻高壓電力線通信技術(shù)廣泛用于遠(yuǎn)程控制、設(shè)備保護(hù)和語音傳輸?shù)阮I(lǐng)域。再后來，電力線通信開始應(yīng)用于中壓和低壓電網(wǎng)。隨著因特網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展和各種新技術(shù)的出現(xiàn)，電力線通信開始應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)接入和室內(nèi)組網(wǎng)，通過電力線載波方式傳送語音和數(shù)據(jù)信息，把電力網(wǎng)用于網(wǎng)絡(luò)通信，以節(jié)省通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。

　　電力線通信用于接入方案

　　電力線通信是接入網(wǎng)的一種替代方案，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商非常重要，這是因?yàn)椋?.通信市場(chǎng)有50%的投資用于接入網(wǎng)；2.在很多國家，電信管制解除后，接入網(wǎng)的線路資源還歸以往運(yùn)營商所擁有，新興運(yùn)營商于是試圖尋找一種新的解決方案，向用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，以打破傳統(tǒng)運(yùn)營商對(duì)最后一公里的壟斷；3.新型電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展導(dǎo)致了接入網(wǎng)傳輸容量需求的急劇增加。

　　目前，開展接入網(wǎng)業(yè)務(wù)有兩種方式：一種是建立新的網(wǎng)絡(luò)，另一種是利用已有的線路資源。第一種方式可通過無線、新敷電纜或光纖等方法實(shí)現(xiàn)，無線方式需要射頻轉(zhuǎn)換的硬件，由于成本較高，難以得到大面積推廣，只能作為有線接入的一種補(bǔ)充；新敷電纜或光纖需要重新布線，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并給用戶帶來諸多不便。因此，利用現(xiàn)有線路資源是比較理想的解決方式。

　　現(xiàn)有線路資源主要有：電話線、有線電視網(wǎng)和電力線。電話線和有線電視網(wǎng)的接入線路資源歸傳統(tǒng)的運(yùn)營商所擁有，而且相對(duì)于電力線而言，其線路覆蓋范圍要小得多。在國內(nèi)，除了特別偏僻的山區(qū)外，電力線幾乎無所不在，在每個(gè)家庭的每個(gè)房間，至少都有一個(gè)以上的電源插座，這對(duì)開展接入業(yè)務(wù)而言非常方便。　　在室內(nèi)組網(wǎng)方面，計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電話和各種智能控制設(shè)備都可通過普通電源插座，由電力線連接起來，組成局域網(wǎng)。現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：如話音、電視、多媒體業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程教育等，都可通過電力線向用戶提供，以實(shí)現(xiàn)接入和室內(nèi)組網(wǎng)的多網(wǎng)合一。因此，電力線通信在家庭組網(wǎng)和接入等方面將大有可為。電力線通信將在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到數(shù)10億美元的產(chǎn)值，而且會(huì)像20世紀(jì)50年代的電視那樣，影響每個(gè)家庭。

　　電力線通信環(huán)境分析

　　電力線通信的環(huán)境比電話線和有線電視網(wǎng)要惡劣得多。

　　電力線接入是把戶外通信設(shè)備插入到變壓器用戶側(cè)的輸出電力線上，該通信設(shè)備可以通過光纖與主干網(wǎng)相連，向用戶提供數(shù)據(jù)、語音和多媒體等業(yè)務(wù)。在通信設(shè)備內(nèi)部，高頻網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與50/60Hz低頻電信號(hào)一起，耦合到用戶端電力線上，由此可把通信網(wǎng)、電力輸送網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)連接起來。戶外設(shè)備與各用戶端設(shè)備之間的所有連接都可看成是具有不同特性和通信質(zhì)量的信道，如果通信系統(tǒng)支持室內(nèi)組網(wǎng)，則室內(nèi)任兩個(gè)電源插座間的連接都是一個(gè)通信信道。因此，低壓電力網(wǎng)有多個(gè)通信信道。通信質(zhì)量的好壞與通信信道直接相關(guān)，很大程度上取決于接收端的噪音水平和不同頻率信號(hào)的衰減。噪音越大，在接收端將越難提取出有用的信號(hào)；同樣，如果信號(hào)從發(fā)送端到接收端的傳輸過程中發(fā)生衰減，在接收端，信號(hào)可能被淹沒在噪音之中，也很難提取出有用的信號(hào)。

　　電力線通信的噪音主要來源于與低壓電網(wǎng)相連的所有負(fù)載以及無線電廣播的干擾等，由于負(fù)載的開關(guān)會(huì)引起電力線上電流的波動(dòng)，使得電力線的周圍會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，所以，沿電力線傳送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多意想不到的問題。另外，信號(hào)衰減與信道的物理長度和低壓電網(wǎng)的阻抗匹配情況有關(guān)，由于低壓電網(wǎng)上負(fù)載的開關(guān)是隨機(jī)的，因此，其阻抗是隨時(shí)間而變化的，很難進(jìn)行匹配。所以，電力線通信的環(huán)境極為惡劣，在這樣惡劣的環(huán)境下，很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，必須采用許多相關(guān)的技術(shù)加以解決。

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摘自《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》

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