电力线通信技术及其应用

・电网技术・

电力线通信技术及其应用

甘　武,孙云莲,邓宏伟

(武汉大学,武汉市,430072)

[摘　要]　电力线通信(PLC ),是指利用电力线传输高频数据和话音信号的一种通信方式。PLC 以其广阔的资源、与

家庭的紧密结合等优势得到快速发展。利用PLC 技术可将电脑、电话、音响、电冰箱等家用电器连成一体,实现集中控制,也可以连接多台电脑,组建、实现家庭局域网,还可以实现高速上网。目前电力线上网在我国还在试验阶段,它的潜在市场是巨大的。

[关键词]　电力线通信　网络体系结构　电磁兼容　管制

中图分类号:TN915.853　文献标识码:B 文章编号:1000-7229(2004)11-0028-03

Power Line Communication Technology and Its Application

G an W u ,Sun Yunlian ,Deng Hongwei

(W uhan University ,W uhan City ,430072)

[Abstract]The power line communication (PLC )means a kind of communication m ode which uses the power line to transmit the HF data and acoustic signals.The PLC network expands quickly because of its abundant network res ources and strong link with family life.Application of PLC technology can unite the computer ,telephone ,acoustic device ,refrigerator and other household applicants together for central control ,als o link with many comput 2ers to establish home local network.The PLC network is under test stage in China at present and it has a great latent market.[K eyw ords]power line communication ;network system structure ;electromagnetic compatibility ;control

电力线通信(PLC ),是指利用电力线传输高频

数据和话音信号的一种通信方式。它在不需要重新布线的基础上实现上网、打电话和有线电视等多种应用,用户可以通过房间里面的任意一个电源插座上网,实现家庭的移动办公。利用PLC 技术可将电脑、电话、音响、电冰箱等家用电器连成一体,实现集中控制,也可以连接多台电脑,组建、实现家庭局域网。作为一种新的家庭联网和宽带接入技术,PLC 引起了人们极大的关注。

入户的线路,除了电话线和有线电视电缆,就是电力线。其中电力线是普及最广的线路,进入家家户户,几乎每间房间都有电源插座。因此,电力线网就是一个现成的局域网,整个低压配电网的网络结构(包括户外电缆)非常适合互联网接入,能够提供最后1km 的解决方案,从而与电话网进行竞争。在一些不发达国家,许多家庭还没有敷设电话线和有线电视电缆,电力线则成了唯一可选的通信载体。

对于家庭联网来说,连接信息家电的基础设施必须易于安置、安装维护费便宜并且性能良好。典型的高性能网络对日常生活用途来讲过于复杂。尽管目前已有多种技术可用于家庭联网,如以太网通过在住家内敷设5类通信线联网。但安装复杂,且需要新建网络。用电话线也可以建网,但因受电话线插口的限制,建起的网络会失去移动性。直接使用住家内的电力线与电源插座作为数据通信的载体,便可以克服这些缺陷。

用电力线作为网络基础设施相对于其他技术有其优点。首先,由于信息家电可以通过电力线进行通信,故不需另外布线。其次,在住家内通常有多个接入点(电源插座),PLC 技术可以为用户建一个家庭局域网,把PC 机、打印机、扫描器以及他们想连接的任何设备连接起来。按HomePlug 1.0标准的规定,电力线通信可以提供14Mb/s 的数据速率,足够信息家电日常使用。将来的PLC 还可能

收稿日期:2004-05-30

作者简介:甘武(1978-),男,硕士研究生。

孙云莲(1962-),女,博士生导师,从事电力系统通信研究。

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82・第25卷　第11期

2004年11月

电　力　建　设

Electric Power Construction

Vol.25　No.11

Nov ,2004　

提供100Mb/s 的速率来支持高质量数字多媒体应用。

PLC 技术最先是由瑞士Ascom 公司提出的,利用类似cable modem 的方式通过电力线提供宽带数据业务,利用直接与插座相连的现有电力线进行通信[1]。

1　电力线通信网网络体系结构

为了桥接变电站至用户住宅电气插座的最后1km ,必须把低压配电网分成室外PLC 和室内PLC 2部分。这是因为整条通路的衰耗通常非常高,在满足电磁兼容(EMC )要求的情况下,只有大约10%

的用户可以直接由单跳链路来服务。图1所示的PLC 系统是一个集中式的主/从体系结构,室外部分包括从变电站到住家接入点(HAP )的公共区域,室内部分系指从HAP 到家里电气插座的私人区域[2]。这种结构反映了电力线网络拓扑和点到多点网络流向的特性。室外主控器(OM )通常安装在变电站,它控制用户住宅的室外接入点(OAP )。为了覆盖远地的建筑,还包括一个室外中继器(OR )。在每一住宅内,都有1

个独立的室内PLC 部分,它由室内控制器(IC )进行控制。IC 的控制对象是室内适配器(IA ),IA 给最终用户提供标准网络接口(如以太网、UBS 和模拟电话线等接口)。室内PLC 和室外PLC 通过OAP 与IC 之间的以太网链路进行连接。OM 为主干连接提供以太网接口,主干连接普遍使用光纤和数字用户线(DSL )。对于不具备电信基础

设施的变电站,可以使用中等电压PLC 作为顶替方案。

图1　PLC 网络的系统组成

室外PLC 使用1～10MHz 的低频段,而室内PLC 使用15～30MHz 的高频段。每一频段能容纳3个载波,每个载波带宽约为2MHz 。载波频率的分配基于以下考虑:(1)与原有重要的广播与业余

无线电业务共存;(2)频率低意味线路衰耗小,适宜于室外使用,可以覆盖较大距离;(3)室外与室内系统的使用频率要有足够隔离,使室内、外系统在非常靠近时(例如OAP 与IC )不用协调即能同时工作;(4)室内距离一般短于室外距离,故室内可以使用较高的频率,此外,电气设备在较高频率时产生的信道噪声比低频时小得多;(5)由于在高频时不同相之间的串话特性较好,每一相的信号质量几乎相同

,故室内系统的性能较少受服务于IA 的其他相或网络分支的影响。

2　电力线通信的应用

本文以北美住家的电力线通信网拓扑为例(见图2)来说明PLC 的应用[2]。由图2可见,它是一种类似树状的拓扑。一般有2条电力线干线:一条是110V 的,另一条是220V 的。每条干线分为若干支线。PLC 的目的是在这些支线和干线上传输数据分组。

图2　北美住家电力线通信拓扑图

PLC 应用形式多种多样。例如,当数字电视上

出现商业广告时,可以通过电力线把产品信息下载

到计算机上,此后,还可以计算机向供货商发送订购信息或者去浏览产品网页,获得更详细的信息。通过电力线还可以把音乐或视像节目录制下来,当在

电视上或在一个音乐频道上播放音乐时,可以通过电力线直接把音乐录到MP3播放器上,也可把数字

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92・第11期电力线通信技术及其应用