低压电力线载波通信报告1

低压电力线载波通信

1.引言：

电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。早在20世纪20年代，电力载波通信就开始应用到10 kV配电网络线路通信中，并形成了相关的国际标准和国家标准。对于低压配电网来说，利用电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是国内外公认的最佳方案。但在早期的实际应用中，由于我国电网环境恶劣，电力线信道高衰减、强干扰和波动范围大等特点，导致数据采集的成功率和实时性不能完全满足实际通信的需求。近年来，随着许多新兴的数字技术，例如扩频通信、数字信号处理和网络中继拓扑等技术的大力发展，提高和改善低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性成为可能，电力载波通信技术的应用前景变得更为广阔。

2.国内外现状：

2.1国外现状：

国外低压电力线载波通信开展较早，美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450 kHz；欧洲电气标准委员会的EN 50065-1规定电力载波频带为3.0~148.5 kHz。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献。20世纪90年代，一些欧洲公司进行涉及电力线数据传输的试验，实验结果好坏参半，但随着通信技术的不断进步与互联网业务的蓬勃发展，电力线载波通信技术也得到了显著增长。在美国，弗吉尼亚州马纳萨斯市首次开始大范围部署PLC的服务，提供抄表、上网等业务，速率达到了10Mbit/s。

国外利用电力线传输信号已经有一百多年的历史。如早在1838年，埃德华戴维就提出了用遥控电表来监测伦敦利物浦无人地点的电压等级。直到20世纪20年代，国外一些著名的公司和研究机构才开始对低压电力载波通信技术进行研究。1930年西门子公司在德国波茨坦建立了用于低压配电网络和传输媒介的波纹载波系统（RCS系统）。该系统能够以最小的损耗通过低压配电网实现对终端设备的管理。1958至1959年间，美国德克萨斯元件公司的Jack Kilby和Fairchild半导体公司的Robert Noyce最早发明了电力线载波通信集成电路。1971年Intel公司的Ted Hoff发明了低功耗的电力线通信微处理器。Intellon公司在2000年2月7日召开的DEM200会议上展示了其高速达1Mbps的Power PacketTM 住宅网络技术

芯片。德国RWE Plug公司于2001年春季推出了RWE PowerNet（电力线通讯上网)、RWEPowerSchool ( 电力线通讯学校上网) 、RWEeHome(智能家庭自动化)三项业务及相应产品。国外各大公司及研究机构的研究工作主要包括：电力载波通信原理、电力通信信道特性分析和建模、电力载波调制技术、通信协议的研究和创新、电力载波通信芯片的研制、现场试验和测试、电力载波通信技术的推广和商业化以及相关组织和标准的建立等。

目前在电力载波通信领域比较有影响力的公司有美国的Intellon、Thomson、Atmel、TI公司、以色列的ITRAN、公司、韩国的Xeline公司、瑞士的ASCOM 公司、德国的Polytrax公司和西班牙的Ds2公司等。这些公司和机构在低压电力载波通信技术的研究和设备的研制上取得了丰硕的成果，产品的传输速率从1 Mbps发展到45 Mbps。包括这些公司在内的90多家公司组成的HomePlug电力线联盟已经参与并制定了第一个标准草(HomePlug 1.0 Spec),这个组织正在研究PLC 技术标准、市场推进和政府管制政策等问题。

2.2 国内现状：

国内的低压电力线载波通信经历了以下4个阶段的发展。

第一阶段：20世纪80年代末至90年代中，国内部分科研单位和生产厂商进行了大量的集中抄表系统组网方式、电力线载波通信技术的研究和试验工作。这一阶段电力线载波通信质量较差,抄表成功率较低，能连贯传输数据的系统很少。并且，因为电能表以机械电能表为主, 采样方式主要采用脉冲采样和机械采样,存在一定误差,系统所采集的电能数据准确度较低，应用效果不够理想。

第二阶段：从20世纪90年代中到2001年，市场和技术创新相互推动了电子式电能表的快速发展。电子式电能表的出现为集中抄表系统抄表数据的准确性提供了可靠的保证，但电力线载波传输的可靠性问题仍是本阶段的技术难点。

第三阶段：自2003年开始，电力线载波抄表的应用进入到快速增长的阶段。随着电力线载波通信物理层调制/解调与纠错技术的不断发展以及半导体集成规模的不断扩大，采用复杂数字信号处理技术的超大规模电力线载波通信集成电路所能达到的抗干扰能力与前几代产品相比，有了极大提高。通过信道频带自适应技术，维持相邻通信节点间的可靠传输在技术上已经可以达到。但由于通信还是基于物理层的技术改进，针对复杂多变的电力线网络，还是存在一定缺陷。

第四阶段：从2005年开始，国内几家大的供应商开始了以网络神经元芯片为核心技术的第三代载波通信产品的研发。第三代芯片从物理层、网络层、链路层等各个方面都有了较为突破性的提高，本阶段应主要解决的关键问题是，任意相邻节点的物理层通信保障能力与具有帧中继控制的网络传输协议。部分企业开始采用先进的数字信号处理与信道编码技术，对通信频带做自适应选择的窄带调制/解调方式，芯片内部嵌入微处理器来进行网络传输与信息安全控制等方式提高电力线载波通信芯片的质量，应用效果有待现场验证。

3.低压电力线载波通信的原理和特点

电力线载波通信是利用传输工频电能的线路作为传输媒介的通信方式, 是电力线特有的一种通信方式。PLC 通常利用1M到30M频率范围传输信号。发送时, 利用调制技术将用户数据进行调制, 然后在电力线上进行传输。在接收端, 先经过滤波将调制信号滤出, 再经过解调, 就可以得到原始通信信号。通信速率依据调制方法和具体设备不同而不同, 目前的传输速率在4.5M到45M之间。PLC 设备分局端和调制解调器, 局端负责与内部PLC 调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时, 来自用户的数据进入调制解调器调制后, 通过用户的配电线路传输到局端设备,局端设备将信号解调出来, 再传到外部的Internet。如图1所示。

低压电力线作为通信媒介不同于其它的通信媒介, 它有自身的特点。

1.低压电力载波通道的噪声干扰大, 其噪声由背景噪声、脉冲噪声、同步和非同步噪声干扰等构成。

2.低压电力线载波通道的阻抗变化大, 远远超过高压电力线的阻抗变化。在负荷很重时, 线路阻抗可能低于1Ω, 这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出。