電力線通信技術(shù)的發(fā)展

2013-12-13 11:25:50 電力信息化　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

1　電力線通信概述　　電力線載波通信（PLC）利用輸電線路作為信號(hào)的傳輸媒介，人們利用電力線可以傳輸電話、電報(bào)、遠(yuǎn)動(dòng)、數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)等。由于電力線機(jī)械強(qiáng)度高，可靠性好，不需要線路的基礎(chǔ)建設(shè)投資和日

4PLC的研究現(xiàn)狀
　　目前PLC已經(jīng)發(fā)展到第三代——全數(shù)字PLC。
在全數(shù)字PLC中可以采用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，因此大大提高了PLC的容量和質(zhì)量，使得PLC作為最后一公里解決方案成為可能。
　　在最后一公里的解決方案中，比較成熟的有ISDN、XDSL等。但是PLC能夠充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需任何布線，是一種“No NewWires”技術(shù)，和其他接入方式相比有很多優(yōu)勢(shì)。下面　　是各種接入方案的比較表。

　　
　　PLC的諸多優(yōu)點(diǎn)吸引了國(guó)際上眾多的學(xué)者、團(tuán)體、公司先后投入這個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)了PLC的發(fā)展。為了克服低壓網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的困難，人們正試圖將先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)引入到PLC中。在全數(shù)字PLC中，可以采用當(dāng)前流行的語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)，如碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（CELP）技術(shù)、矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（VSELP）技術(shù)、多帶激勵(lì)（MBE）等，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮編碼，降低輸入信號(hào)的冗余，提高了頻帶利用率；然后與數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字復(fù)接。可以采用自適應(yīng)回波抵消技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向通信；可以采用自適應(yīng)信道均衡技術(shù)減小信道對(duì)通信造成的影響，提高可靠性。美國(guó)AT＆T公司貝爾實(shí)驗(yàn)室推出的VLSI單片聲碼器Q4401采用QCELP技術(shù)，編碼速率在800b／s～600b／s的范圍內(nèi)可調(diào)，速率在9600b／s時(shí)的話音質(zhì)量甚至優(yōu)于速率為32kb／s的ADPCM編碼的話音質(zhì)量，大大提高了通信的有效性。國(guó)內(nèi)宏圖高科研制的新一代全數(shù)字電力線載波機(jī)采用AMBE技術(shù)，通話質(zhì)量也很好。
　　PLC的理論研究已經(jīng)從早期的模擬調(diào)制轉(zhuǎn)移到數(shù)字調(diào)制方法，目前采用傳統(tǒng)的頻帶傳輸（幅移鍵控ASK，頻移鍵控FSK，相移鍵控PSK）的PLC日趨成熟，研究的熱點(diǎn)是三種具有高抗干擾性的數(shù)字調(diào)制技術(shù)：多維網(wǎng)格編碼技術(shù)、擴(kuò)頻通信技術(shù)（SC）和正交頻分復(fù)用（OFDM）等。
　　在傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中，糾錯(cuò)編碼和調(diào)制是獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)的。糾錯(cuò)編碼增加了冗余度，編碼增益是通過(guò)降低信息傳輸速率獲得，因此傳統(tǒng)的糾錯(cuò)編碼方法很難進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的性能。解決可靠性和有效性更有效的方法是將編碼和調(diào)制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將冗余度映射至與頻譜展寬不直接聯(lián)系的調(diào)制信號(hào)的參數(shù)擴(kuò)展中，例如信號(hào)空間矢量點(diǎn)或信號(hào)星座數(shù)的擴(kuò)展中，這就是網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）思想的基本出發(fā)點(diǎn)。最佳的編碼調(diào)制系統(tǒng)應(yīng)按編碼序列的歐氏距離為調(diào)制設(shè)計(jì)的量度，這就要求必須將編碼器和調(diào)制器當(dāng)作一個(gè)整體進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，使得編碼器和調(diào)制器級(jí)聯(lián)后產(chǎn)生的編碼信息具有最大的歐氏距離。1982年Ungerboeck提出了基于“集分割”原理的編碼和調(diào)制相結(jié)合的網(wǎng)格編碼TCM技術(shù)，通過(guò)擴(kuò)展信號(hào)星座的大小，在不擴(kuò)展帶寬，不降低信息傳輸速率的條件下，可以獲得3～6dB的增益。1984年，LEE－FANGWei提出了克服相位模糊的相位旋轉(zhuǎn)不變網(wǎng)格碼，并被國(guó)際電信聯(lián)盟ITU－T采納為PSTN上高速調(diào)制解調(diào)器的建議。多維網(wǎng)格編碼不但采用了子集分割的思想，還通過(guò)維數(shù)的擴(kuò)展減小需要存儲(chǔ)的星座點(diǎn)的數(shù)量，獲得更好的映射增益和編碼增益，具有很好抗干擾性能，因此特別適合電力線這樣干擾大的信號(hào)。目前很多國(guó)內(nèi)廠家采用的就是用于PSTN上的高速調(diào)制解調(diào)器方案移植到PLC中，它的核心就是多維網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)，目前研究的還是四維的情況。
　　擴(kuò)頻通信是用偽隨機(jī)編碼（擴(kuò)頻序列：SC）將待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再進(jìn)行傳輸；在接收端則采用同樣的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理。擴(kuò)頻通信技術(shù)以犧牲頻帶為代價(jià)，降低了信噪　　—32—比，可以在極低信噪比的情況下實(shí)現(xiàn)可靠的通信服務(wù)。擴(kuò)頻通信的良好抗干擾性能使得它特別適合在低壓電力線這樣惡劣的信道環(huán)境下提供可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。而且擴(kuò)頻通信可以實(shí)現(xiàn)碼分多址技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同低壓配電網(wǎng)上不同用戶的同時(shí)通信。擴(kuò)頻通信技術(shù)主要有直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻（FH）、跳時(shí)（TH）、線性調(diào)頻以及上述各種基本方式的組合。目前擴(kuò)頻通信在低壓配電網(wǎng)上的研究已經(jīng)取得初步成功，2000年Intellon公司推出了用于低壓配電網(wǎng)的擴(kuò)頻芯片，而我國(guó)清華大學(xué)也研制成功基于擴(kuò)頻技術(shù)的低壓配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以通過(guò)220V低壓電力線實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的文件或數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸速率可以達(dá)到10kb／s。
　　正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)在頻域把信道分成許多正交子信道，各子信道的載波間保持正交，頻譜相互重疊，這樣減小了子信道間的相互干擾，提高了頻譜利用率。同時(shí)在每個(gè)子信道上信號(hào)帶寬遠(yuǎn)小于信道帶寬，因此每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，大大減小了符號(hào)間的干擾，這也使得信道均衡可以得到簡(jiǎn)化。OFDM具有抗多徑干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣泛關(guān)注，目前在有線和無(wú)線領(lǐng)域的研究都很多，在ADSL中采用的離散多音調(diào)制DMT實(shí)際上就是OFDM技術(shù)。目前OFDM在全數(shù)字電力載波通信中的研究也方興未艾，2000年4月，Intellon公司基于OFDM的PLC研究取得突破性進(jìn)展，它的組網(wǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)14Mbps（頻帶：4．3MHz～20．9MHz，84路載波）。研究OFDM的重點(diǎn)主要是如何分配子信道的數(shù)目和如何保持子載波間的正交性。保持子載波間的正交性對(duì)OFDM性能至關(guān)重要，因此在接收機(jī)中同步問(wèn)題尤為重要。

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