一、概述

1、概念

電力線通信（PLC，Power Line Communication）技術(shù)，依據(jù)GB/T 31983.31中的定義：是指將信息數(shù)據(jù)調(diào)制到合適的載波頻率上，以電力線作為物理介質(zhì)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)終端之間的通信或控制的一種技術(shù)。其實(shí)利用電力線進(jìn)行通信業(yè)務(wù)信號(hào)的傳輸很早就有了，當(dāng)時(shí)稱之為電力載波系統(tǒng)，它使用的是高壓或中壓電力線，主要是為變、配電站間提供數(shù)據(jù)（包括監(jiān)控信號(hào)）及話音信號(hào)的傳輸。而最近所指的PLC技術(shù)則主要是指的一種接入技術(shù)，即充分利用最為普及的電力線網(wǎng)絡(luò)資源，室內(nèi)無需布線，建設(shè)速度快、投資少，用戶通過遍布各個(gè)房間的電源插座就能進(jìn)行高速上網(wǎng)，且實(shí)現(xiàn)“有線移動(dòng)”，具備了其他接入方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

2、特點(diǎn)

對(duì)于電力線通信（PLC）技術(shù)，其最中心的思想是為公眾用戶提供通信業(yè)務(wù)的接入，即解決的是我們常說的最后“一公里”的問題。而解決這個(gè)問題，PLC具有的最大優(yōu)勢(shì)就是用戶接入零布線，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)“有線移動(dòng)”接入。因此，電力線通信（PLC）技術(shù)是利用電力線作為通信信號(hào)的傳輸媒介，而電力線作為傳輸媒介，與專用的通信線相比，有著獨(dú)特的特性與特點(diǎn)。而這些特性，正是PLC要研究解決的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)其通信業(yè)務(wù)的通信與傳輸。另外，為了適應(yīng)電力線媒介，PLC往往采用正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)。

欲詳細(xì)了解電力線通信（PLC）技術(shù)特性介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

欲更多了解正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

3、分類

一是從電力線應(yīng)用范圍分，可分為利用高/中壓配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)和通常僅利用其中/低壓配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)。前者重點(diǎn)應(yīng)用于電力系統(tǒng)內(nèi)部的通信系統(tǒng)（它可以提供長距離通信，如電力載波系統(tǒng)），后者多應(yīng)用于公眾用戶的通信業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)。

二是從通信業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍分，這種分類方法通常是對(duì)利用中/低壓配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)，它分為窄帶通信應(yīng)用和寬帶通信應(yīng)用。窄帶通信應(yīng)用主要是利用3kHz~500kHz頻段，典型的低壓窄帶電力線通信應(yīng)用情形包括智能電能表集中抄表（AMR）、AMI/AMM（高級(jí)量測(cè)體系/自動(dòng)抄表）、家居智能控制、路燈控制、智能樓宇、四表集抄以及智能電網(wǎng)（Smart Grid）的其他應(yīng)用，例如：電動(dòng)車輛充電控制等。寬帶通信應(yīng)用是可以實(shí)現(xiàn)為公眾用戶提供數(shù)據(jù)、話音、圖像等綜合業(yè)務(wù)的接入。寬帶PLC按應(yīng)用的配電網(wǎng)電壓等級(jí)可劃分為低壓PLC和中壓PLC。低壓PLC利用低壓（220V/380V）電力線作為傳輸媒介，為用戶提供Internet接入、家庭局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程抄表、智能家居等應(yīng)用。中壓PLC利用中壓（10kV）電力線作為通信鏈路，為接入骨干網(wǎng)、配電網(wǎng)自動(dòng)化、用戶需求側(cè)管理及農(nóng)村電話等應(yīng)用提供傳輸通道。

二、典型的電力MODEM接入系統(tǒng)

下圖2為典型的一種低壓寬帶PLC系統(tǒng)應(yīng)用示意圖，它是一種通過Modem（俗稱“電力貓”）的接入方式。在配電變壓器（10kV/380V）低壓出線端安裝PLC主站，它的主要功能是將電力線上的高頻信號(hào)調(diào)制或解調(diào)成為數(shù)據(jù)信號(hào)。PLC主站的一側(cè)通過電容或電感藕合器連接電力電纜，注入或提取PLC高頻信號(hào)；另一側(cè)通過傳統(tǒng)通信方式，如光纖、CATV、ADSL等連接至Internet。在用戶側(cè)，用戶的計(jì)算機(jī)通過RJ-45或USB接口與PLC Modem相連，普通話機(jī)則通過RJ-11接口連接PLC Modem，PLC Modem可直接插入戶室內(nèi)電源插座，通過電力線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。如果PLC高頻信號(hào)在傳輸過程中發(fā)生較大衰減，可以在適當(dāng)?shù)奈恢眉友b中繼器以放大信號(hào)。下附錄2是利用“電力貓”方式并結(jié)合我國的配電網(wǎng)，對(duì)于高層建筑、低層建筑以及商業(yè)建筑的詳細(xì)接入方案介紹，以供了解。

圖1-3：通過Modem接入的典型寬帶PLC系統(tǒng)

附錄2：“電力貓”方式對(duì)不同建筑的接入方案

三、窄帶PLC系統(tǒng)

1、引述

窄帶PLC系統(tǒng)通常不向公眾用戶開放通信業(yè)務(wù)，主要是用電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集采、監(jiān)控和傳輸。在我國，這類窄帶PLC系統(tǒng)是由我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T31983.31《低壓窄帶電力線通信系統(tǒng) 第31部分：窄帶正交頻分復(fù)用電力線通信的物理層規(guī)范》所規(guī)范的。它適用于 3kHz~500kHz頻段通過室內(nèi)或室外低壓交流配電線或直流輸電線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。窄帶PLC系統(tǒng)將在智能電網(wǎng)及電力物聯(lián)網(wǎng)中大有用處。根據(jù)GB/T31983.31規(guī)定，該技術(shù)是基于正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)。

2、頻帶的劃分及應(yīng)用

窄帶PLC系統(tǒng)適用于3kHz~500kHz頻段，為了保證不同應(yīng)用之間的共存和防止相互之間的干擾，通過劃分頻帶來構(gòu)建各類應(yīng)用，對(duì)于該頻段，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T31983.11又從中劃分了三個(gè)頻段，并給出了相應(yīng)的應(yīng)用，具體詳見下表3-2中。

表3-2：窄帶PLC的頻段劃分及相應(yīng)的應(yīng)用規(guī)定

3、物理層

其物理層協(xié)議規(guī)范的基礎(chǔ)上，一個(gè)在低壓配電網(wǎng)上建立起的由多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)組成的完 整PLC系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)鏈路層（DLL，由介質(zhì)訪問控制子層 MAC和邏輯鏈路控制子層 LLC組成），以及與具體應(yīng)用情形相關(guān)的應(yīng)用層。物理層基于覆蓋 3kHz~500kHz頻段的窄帶OFDM技術(shù)，支持物理層信號(hào)幀以連續(xù)傳 輸方式或工頻同步過零時(shí)隙方式傳輸方式。

物理層發(fā)射端框圖見圖 3-3所示。發(fā)射端完成從輸入的數(shù)據(jù)比特到電力線傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)換。輸入的待發(fā)送數(shù)據(jù)比特經(jīng)過比特加擾、 RS編碼、卷積編碼、打孔、比特重復(fù)、交織，然后進(jìn)行比特到符號(hào)的星座映射，再將映射后的數(shù)據(jù)與導(dǎo)頻數(shù)據(jù)一起進(jìn)行 OFDM符號(hào)的調(diào) 制，并插入循環(huán)前綴和加窗重疊，至此形成數(shù)據(jù)的幀體部分。數(shù)據(jù)幀體部分與前導(dǎo)、幀頭復(fù)接成發(fā)射信號(hào)幀，最終通過模擬前端注入到電力線進(jìn)行傳輸。

圖 3-3：窄帶PLC系統(tǒng)物理層發(fā)射端框圖

欲具體了解GB/T31983.x系列標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容的請(qǐng)進(jìn)入。

四、寬帶PLC系統(tǒng)

1、引述

寬帶PLC系統(tǒng)技術(shù)方式有多種。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33854《基于公眾電信網(wǎng)的寬帶客戶網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求 電力線聯(lián)網(wǎng)》，規(guī)定了基于HomePlug AV技術(shù)的寬帶PLC系統(tǒng)。它規(guī)定了寬帶PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、物理層、MAC層、匯聚層、中心控制器、組網(wǎng)、管理消息和服務(wù)接入點(diǎn)等的內(nèi)部技術(shù)要求。它只是基于HomePlug AV技術(shù)，不含采用其他技術(shù)的電力線客戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)以及多種電力線共存的客戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)要求。若要具體了解HomePlug AV技術(shù)的請(qǐng)查閱下附件4-1-1；HomePlug AV的版本已演進(jìn)為HomePlug AV2，若要具體了解的請(qǐng)查閱下附件4-1-2。

附件4-1-1：HomePlug AV技術(shù)白皮書

附件4-1-2：HomePlug AV2技術(shù)白皮書

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考模型

寬帶PLC系統(tǒng)由下圖4-2所示的設(shè)備組成。系統(tǒng)中包含以下節(jié)點(diǎn)：中心控制器（CCo）、工作站（STA）；系統(tǒng)中還可能有代理控制器（PCo）、代理工作站（PSTA）和隱藏工作站（HSTA）。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)CCo，其它的STA在CCo協(xié)同下工作。不能與CCo直接通信的STA為HSTA，HSTA通過代理控制器（PCo）或代理工作站（PSTA）同系統(tǒng)內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)通信。

圖4-2：寬帶PLC客戶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

3、物理網(wǎng)絡(luò)

工作站（STA）的物理網(wǎng)絡(luò)（PhyNet）是能和該STA在物理層通信的一批STA，也就是說在物理層可見的一批STA。在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中的所有STA都有相互影響的可能性，但它們也有能力通過協(xié)作將互不干擾降到最低。物理網(wǎng)絡(luò)是與一個(gè)給定的STA相關(guān)的。下圖4-3中給出了物理網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)示例，圖中的線表明具備物理層通信的能力。圖中AVLAN是指HomePlug AV家庭邏輯網(wǎng)絡(luò)（HomePlug AV In-Home Logical Network）。

圖4-3：PhyNet和AVLAN示例

4、物理層

HomePlug AV的物理層采用OFDM調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)能適應(yīng)頻率選擇性信道，并有很好的抗窄帶干擾和脈沖噪聲的能力。通過對(duì)OFDM符號(hào)的時(shí)域脈沖整形，不需要帶阻濾波器就可以達(dá)到深度頻譜開槽的效果。HomcPlug AV 使用1.8 MHz~48 MHz的1 893個(gè)子載波，對(duì)30MHz以上的載波支持是可選的。在低于30 MHz 的載波中，917個(gè)用于子載波模板的調(diào)制。子載波間隔大約24.414 kHz。子載波根據(jù)信道的狀況可以采用PSK、QPSK、8-QAM、16-QAM、64-QAM、256-QAM或1024-QAM相干調(diào)制。收發(fā)器的物理層的功能模塊詳見下圖4-4。

圖4-4：寬帶PLC客戶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的OFDM收發(fā)器

欲具體了解GB/T 33854標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容的請(qǐng)進(jìn)入。

電力線通信（PLC）技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)是提供一種通信業(yè)務(wù)的接入方式。在眾多接入方式中，PLC接入雖有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但也存在實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜、可運(yùn)營性和可管理性差，為普及應(yīng)用帶來了一定影響。

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