浅谈低压电力线载波自动抄表系统通讯技术

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　　【摘 要】:本文基于对低压电力线载波通讯技术研究的基础上，系统阐述了电力线载波通讯技术的发展概况，并针对传统的电力线载波通讯技术，扩频载波通讯技术及相应通讯芯片厂家的性能特点以及使用性。同时，结合国内电力线通讯技术的发展，阐述了电力线载波通讯技术应用现状。文章最后提出了电力线载波通讯的应用前景。
　　【关键词】:低压电力线；载波通讯；调制解调；载波芯片
　　中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0010-01
　　
　　电力载波通讯技术，英文简称PLC（Power Line Communication）,是指利用已有的配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种技术。该技术出现于上世纪二十年代初期，最早主要应用电力线传输电话信号。广义的DLC（配电线路载波）；另一个是面向进户线路和户内线路的，称为PLC（线路通讯）。两者的区别主要体现为使用对象，技术特征，如线路条件、速率要求、线路共享方式以及用户密度的不同。由于电力线通讯具有覆盖范围广，免除铺线之苦，一线路两用，用电器可以直接作为网络终端等优点，而不断成为人们研究的热点之一。
　　1 低压电力线载波通信的特点
　　总体看来，低压电力线载波通信的特点可以从以下几方面论述。
　　1.1 信号衰减大
　　低压配电网直接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，所以信号会产生反射、谐振等现象，使得信号的衰减变得极其复杂。对高频信号而言，低压电力线是一根非均匀分布的传输线，各种不同性质的负载在这根线的任意位置随机地连接或断开。因此，高频信号在低压电力线上的传输必然存在衰减。
　　1.2 噪声干扰强
　　研究表明，低压电力线上大量存在的强噪声是限制实现数据优质传输的主要障碍之一。电力线的噪声可分为稳态背景噪声，窄带干扰噪声，突发性噪声和周期脉冲噪声。背景噪声分布在整个通信频带，低压电网上高斯白噪声可达22 dB以上。突发性噪声是由用电设备的随机介入或断开而产生。研究表明，脉冲干扰对低压电力线载波通信的质量影响最大。有文献统计出，脉冲干扰的强度最大可达40 dBm。
　　1.3 输入阻抗特性复杂
　　电力线的输入阻抗与频率有着密切的关系。现有的研究结果表明，低压配电网的输入阻抗一般为几欧姆到几十欧姆，而且随着频率的升高而上升。低压配电网的输入阻抗在100 kHz频率下一般较小，一般用户的输入阻抗在10~100 kHz内可降至2Ω。然而，在试验所测的频率范围内，输入阻抗随频率的变化并不符合一般相象下的随频率的增大而减小的变化规律，甚至与之相反。
　　1.4 随机性和时变性
　　低压电力线直接面向进户，用户介入负载变化情况十分复杂，难以预计，加上低压配电网络的复杂性以及不可抗拒的自然因素，如雷电等的影响，使得低压电力线载波通信具有很强的随机性和时变性。这也成为限制低压电力线载波通信发展的主要难题之一。
　　2 低压电力线载波通信技术及其发展
　　2.1 传统电力线载波通信技术
　　传统电力线载波通信一般采用频带传输，利用载波调制将携带信息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上。基本的调制方式分为幅值键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。对于低压电力线载波通信而言，FSK系统要求传输带宽比较大，一般用于低速数据传输，PSK系统的综合性能最好，因此在载波通信技术中得到了广泛的应用。但ASK系统由于误码率指标很差，在实际中应用较少。
　　2.2 扩频载波通信（SSC）技术
　　扩频载波通信技术是近年来发展迅猛的一门学科，不仅在军事通信中发挥了不可取代的优势，而且广泛地渗透到了民用通信的各个领域。所谓的扩频技术是指将发送的信息展宽到一个比信息带宽宽得多的频带上去，接收端通过相关接收，将其恢复到信息带宽的一种技术。扩频通讯利用伪随机编码将待传送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后传输，在接收端采用同样的编码进行调解及相关处理。
　　2.3 正交频分复用（OFDM）原理
　　正交频分复用是一种多载波调制技术，它的基本思想是通过相互重叠的子信道同时应用并行数据传输技术以及频分复用技术（FDM）。它将原信号分解为N个子信号，再用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波，然后一起发送，在接受端再将数据进行合并，从而提高了数据传输速率。并行数据传输可通过扩展多信号的效率来有效抵抗脉冲干扰噪声的影响。
　　3 电力线载波通信技术应用现状
　　国外很早对电力线载波通信技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波Modem芯片，并制定了电力线载波通信适用范围的标准。各家公司在标准频率范围下，针对本地区电网特点，采用各种特定专有技术，设计出各自的电力线载波Modem芯片。由于国外电力线载波Modem芯片是针对本地区电网特性、电网结构，且一般是针对家庭内部自动化而设计，在国内使用都难尽如人意，还未达到实用。
　　4 低压电力线载波通信的应用前景
　　可以乐观地预见，低压电力线载波通信技术必将成为未来几年内新的研究热点，引起世界各国的广泛关注。其诱人之外在于它利用已有的低压电力网作为信息传输的信道，从而不必再进行新的通信网络的投资与建设。低压电力线载波通信的核心问题是载波信号的调制（Modulate）与解调（Demodulate），也即电力载波调制与解调芯片（Modem）。随着低压电力载波通信技术的发展，电力载波通信的速率、传送数据量、抗干扰能力都得到了很大的提高，为电力载波通信市场化奠定了物质基础。由于国内芯片制造业的现状，目前在国内应用的全是国外的Modem芯片。中国的电网特性、电网结构、居民住宅分布状况决定了电力线载波通信的应用领域等方面与国外有一些不同之处。因此，使电力线载波通信Modem芯片的瓶颈现象越来越突出，从而使国内电力载波通信市场难以迅速增长，应用中也延缓了用户对低压电力线载波通信技术的认同和接受。因此，致力于建造一款真正适应国内市场需求的电力线载波通信芯片，将成为该领域的当务之急。

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