中心議題：

• 中壓PLC應用領域簡介
• 中壓電力線信道研究狀況
• PLC關鍵技術與應用係統

解決方案：

• 應用高階的差錯控製編碼
• 采用多載波正交頻分複用(OFDM)技術

中壓電力線通信(MV-PLC)技術是指利用電力傳輸網絡中的中壓電力線(通常指10KV電壓等級)作為信號傳輸媒介，進行語音、數據信息的傳輸。該技術首先被應用於中壓配電網的自動化數據傳輸平台中
；近年來，中壓電力線寬帶網絡接入以其基礎設施完備、分布廣泛、成本低廉的特點
，正越來越受到關注，尤其是在偏遠農村或者人口稀少的地區
，具有極強的實用價值。

中壓PLC應用領域

中壓輸電網覆蓋麵積廣大，應用領域繁多，中壓配電自動化對於國民經濟的發展具有重要的意義，相關應用包括用電負荷控製、電網運行監測、集中抄表等。配電網自動化往往有數量巨大且分布分散的節點需進行控製和數據采集，故對數據通道的經濟性有較高要求。中壓PLC技術將傳統中壓電力網轉變成為數據通信網，在建設成本
、運行和維護費用等方麵具有天然的優勢，目前在韓國、美國、西班牙等國家已得到良好的應用
，國內也開展了大量的研究和實踐。

隨著互聯網的飛速發展，Internet在生產生活中發揮著日益重要的作用，而PLC技術也在寬帶網絡接入手段中占據了重要的地位。從戶外中壓PLC到戶內低壓PLC的接入方案，被認為是解決寬帶接入的“最後一公裏”問題的理想方案，該類研究興起於北美
，近年來發展迅速。

對(dui)於(yu)中(zhong)壓(ya)電(dian)力(li)線(xian)網(wang)絡(luo)，由(you)於(yu)其(qi)業(ye)已(yi)存(cun)在(zai)的(de)廣(guang)泛(fan)分(fen)布(bu)，成(cheng)為(wei)了(le)在(zai)偏(pian)遠(yuan)地(di)區(qu)實(shi)現(xian)高(gao)速(su)網(wang)絡(luo)接(jie)入(ru)的(de)理(li)想(xiang)媒(mei)介(jie)，以(yi)縮(suo)短(duan)和(he)消(xiao)除(chu)城(cheng)市(shi)地(di)區(qu)與(yu)農(nong)村(cun)地(di)區(qu)，發(fa)達(da)地(di)區(qu)與(yu)不(bu)發(fa)達(da)地(di)區(qu)之(zhi)間(jian)的(de)“數字鴻溝”。在偏遠或者人口密度較低的地區，短期內通過PLC以外的其它技術手段實現較大帶寬的數字通信服務，會麵臨較多的困難；在城市地區廣泛使用的xDSL或者通信光纜一般均難以鋪設到這些地區
；衛星通信在一些地區可以實現，但是低通信速率以及信道租用和終端所帶來的高成本，使其大規模應用受到很大限製；以GSM、IS-95、WCDMA等deng為wei代dai表biao的de蜂feng窩wo通tong信xin技ji術shu本ben身shen是shi針zhen對dui高gao用yong戶hu密mi度du的de應ying用yong場chang景jing所suo設she計ji，如ru果guo在zai用yong戶hu密mi度du較jiao低di的de地di區qu使shi用yong

，將jiang帶dai來lai通tong信xin能neng力li的de嚴yan重zhong浪lang費fei和he高gao昂ang的de運yun營ying成cheng本ben，從cong而er難nan以yi得de到dao推tui廣guang和he普pu及ji。

在發展中國家，這一矛盾尤其突出。就國內的情況而言
，我國幅員遼闊，有相當數量的農村地區處於偏遠、人煙稀少的地帶
，這些區域的通信發展相對滯後。據統計
，我國行政村固定電話覆蓋率為94%~97%，數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)的(de)覆(fu)蓋(gai)率(lv)則(ze)更(geng)低(di)。由(you)於(yu)自(zi)然(ran)和(he)經(jing)濟(ji)條(tiao)件(jian)的(de)製(zhi)約(yue)，若(ruo)采(cai)用(yong)現(xian)有(you)的(de)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)，改(gai)善(shan)這(zhe)些(xie)地(di)區(qu)的(de)信(xin)息(xi)服(fu)務(wu)將(jiang)麵(mian)臨(lin)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)困(kun)難(nan)。而(er)行(xing)政(zheng)村(cun)的(de)通(tong)電(dian)率(lv)已(yi)接(jie)近(jin)100%，且電網覆蓋是區域發展的基本條件，因此，利用電力傳輸網絡實現寬帶網絡接入，是適合國情

、可行並且經濟的方案

，圖1為農村中壓PLC接入網係統的結構示意圖。


圖1農村中的PLC接入網係統[page]

中壓電力線信道研究

電力線設計的初衷是傳遞頻率為50~60Hz的電力信號，將其功能擴展到語音或者數據信號傳輸時將麵臨複雜的電磁環境。因此，對於PLC技ji術shu而er言yan，針zhen對dui電dian力li線xian信xin道dao特te性xing的de研yan究jiu是shi非fei常chang基ji礎chu和he關guan鍵jian的de。在zai我wo國guo，由you於yu中zhong壓ya線xian路lu分fen布bu和he負fu載zai情qing況kuang更geng為wei複fu雜za，變bian電dian站zhan間jian線xian路lu相xiang對dui較jiao短duan以yi及ji幹gan擾rao相xiang對dui較jiao強qiang，中zhong壓ya電dian力li線xian組zu網wang通tong信xin所suo麵mian臨lin的de物wu理li層ceng環huan境jing比bi較jiao複fu雜za和he惡e劣lie。近jin年nian來lai，相xiang關guan科ke研yan機ji構gou對dui中zhong壓ya電dian力li線xian信xin道dao特te性xing進jin行xing了le卓zhuo有you成cheng效xiao的de研yan究jiu，筆bi者zhe也ye對dui我wo國guo北bei方fang典dian型xing農nong村cun地di區qu的de中zhong壓ya電dian力li線xian信xin道dao特te性xing進jin行xing了le多duo次ci實shi地di測ce量liang和he分fen析xi，這zhe些xie研yan究jiu成cheng果guo為wei實shi際ji的de工gong程cheng應ying用yong提ti供gong了le參can考kao。

一般來說，電力線信道對於數字通信的負麵影響主要來源於三個方麵：變化的阻抗特性；頻率選擇性的信道衰減特性；有色背景噪聲和多種衝激噪聲。

研究信道阻抗特性的目的主要是為了實現信道與發射機、接jie收shou機ji之zhi間jian的de阻zu抗kang匹pi配pei，當dang阻zu抗kang失shi配pei時shi，將jiang造zao成cheng信xin號hao能neng量liang的de浪lang費fei，甚shen至zhi出chu現xian啞ya信xin號hao點dian。由you於yu中zhong壓ya配pei電dian網wang的de分fen支zhi多duo
，負fu載zai情qing況kuang複fu雜za，線xian路lu阻zu抗kang會hui隨sui距ju離li、頻率、時間而變化，且變化範圍大，一般在幾十歐~幾百歐之間，圖2即為中壓電力線阻抗特性隨頻率變化曲線。故在實現寬帶網絡接入時，阻抗匹配比較困難；目(mu)前(qian)
，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)在(zai)耦(ou)合(he)技(ji)術(shu)中(zhong)通(tong)過(guo)犧(xi)牲(sheng)匹(pi)配(pei)性(xing)能(neng)來(lai)適(shi)合(he)線(xian)路(lu)側(ce)寬(kuan)範(fan)圍(wei)內(nei)阻(zu)抗(kang)的(de)方(fang)法(fa)，也(ye)有(you)係(xi)統(tong)在(zai)發(fa)射(she)機(ji)端(duan)采(cai)用(yong)阻(zu)抗(kang)自(zi)適(shi)應(ying)的(de)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)設(she)備(bei)等(deng)，以(yi)達(da)到(dao)較(jiao)好(hao)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)效(xiao)果(guo)。


圖2中壓線路阻抗特性曲線
　　
信道衰減特性對於數字通信的效果有著重要影響。中壓線路的衰減比低壓線路的衰減嚴重，有實驗表明
，平均每100m幅值衰減可達到8dB~11dB。tongshi
，zhongyaxianludeshuaijianyebiaoxianchumingxiandepinlvxuanzexing，zaiyixiepinlvdianhuozhepinduan
，huichuxianshendudechuanshushuaijian。youdaliangfenzhidianzaochengdeduojingxiaoyingbeirenweishiyigezhuyaoyuanyin。shiyanzhengming，zaizhexieshendushuaijiandepinduanshang，hennanshixianchenggongdetongxinlianjie，bixuzaishijitongxinxitongzhongyuyihuibi。

中壓電力線平均噪聲功率在-60~-70dBm/Hz左右。其中，由多種低功率噪聲的疊加而成的有色背景噪聲功率一般在-60~-70dBm/Hz之間
，在一些頻段可低於-80dBm/Hz，其整體隨頻率增高而減弱，且功率譜變化較慢，一般為分鍾甚至小時量級
；主要由通信帶寬內的廣播電台等其它無線通信信號造成的窄帶噪聲，平均占用2k~4kHz的帶寬

，功率較高，較背景噪聲高出約30~50dBm/Hz，該類幹擾一般長時穩定存在；對通信效果影響最大的是衝激噪聲，該類噪聲隨機產生
，持續時間很短
，一般為幾十或者幾百毫秒
，絕大部分功率高於背景噪聲10~30dBm/Hz，當衝激噪聲發生時，噪聲頻段內的數據傳輸將可能出現嚴重的突發性誤碼。圖3為我國農村中壓電力線在40k~560kHz頻段內的典型噪聲頻譜。
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圖3國內農村中壓線路噪聲特性曲線（40k-560kHz）

中壓PLC關鍵技術與應用係統

中壓電力線信道是一個很不穩定的高噪聲

、強衰減的傳輸通道
，高效可靠的調製編碼技術對於電力線通信非常重要。目前
，國內外針對不同通信場景對速率、可靠性的要求
，對各種調製技術在中壓PLC中的應用進行了大量的研究和測試。

根據對中壓信道特性的研究
，噪聲功率一般隨頻率升高而降低，但同時多徑效應所引起的深衰落也在高頻端更為嚴重，因此，在選擇PLC載波頻率時，需要根據實際線路情況在二者之間進行折衷。國內外的大量實踐證明，5k~50kHz的(de)載(zai)波(bo)頻(pin)率(lv)對(dui)於(yu)多(duo)數(shu)中(zhong)壓(ya)配(pei)電(dian)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)是(shi)比(bi)較(jiao)合(he)適(shi)的(de)。在(zai)配(pei)電(dian)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)
，多(duo)為(wei)單(dan)向(xiang)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)，且(qie)主(zhu)要(yao)要(yao)求(qiu)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，對(dui)實(shi)時(shi)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)不(bu)是(shi)很(hen)高(gao)，因(yin)此(ci)，一(yi)般(ban)都(dou)選(xuan)取(qu)較(jiao)低(di)的(de)傳(chuan)輸(shu)速(su)率(lv)，一(yi)般(ban)在(zai)10bps~1000bps之間。在調製技術方麵，目前使用最多的是窄帶調製方法，如ASK
，FSK或者CPSK都得到了比較廣泛的應用。近年來為在強噪聲幹擾的環境下實現數據傳輸
，跳頻
、直接序列擴頻
、Chirp跳頻等擴頻通信技術也被引入到中壓PLC係統中。

在利用中壓PLC實shi現xian數shu據ju網wang絡luo接jie入ru的de場chang景jing中zhong，由you於yu通tong信xin速su率lv較jiao高gao
，對dui所suo采cai用yong的de調tiao製zhi編bian碼ma技ji術shu的de信xin道dao利li用yong率lv
，對dui突tu發fa噪zao聲sheng和he脈mai衝chong噪zao聲sheng的de規gui避bi或huo者zhe對dui抗kang能neng力li都dou提ti出chu了le較jiao高gao的de要yao求qiu。目mu前qian，在zai中zhong
、低速率的接入網研究中，BPSK
、QPSK等(deng)調(tiao)製(zhi)方(fang)法(fa)得(de)到(dao)了(le)應(ying)用(yong)，為(wei)了(le)對(dui)抗(kang)頻(pin)率(lv)選(xuan)擇(ze)性(xing)衰(shuai)落(luo)的(de)信(xin)道(dao)特(te)性(xing)
，一(yi)般(ban)都(dou)會(hui)同(tong)時(shi)應(ying)用(yong)高(gao)階(jie)的(de)差(cha)錯(cuo)控(kong)製(zhi)編(bian)碼(ma)，這(zhe)同(tong)該(gai)調(tiao)製(zhi)方(fang)法(fa)本(ben)身(shen)不(bu)高(gao)的(de)頻(pin)帶(dai)利(li)用(yong)率(lv)相(xiang)結(jie)合(he)，使(shi)得(de)係(xi)統(tong)的(de)通(tong)信(xin)速(su)率(lv)會(hui)受(shou)到(dao)較(jiao)大(da)限(xian)製(zhi)。

CDMA技術可以有效的對抗傳輸信道中的窄帶噪聲等幹擾，但是在CDMA係統中所要求的較高處理增益
，在存在嚴重的頻率選擇性衰落的電力線信道上很難達到，所以CDMA係統的優勢在PLC中並不能得到完全的發揮，一般認為
，速率超過1Mbps
，它就不再適用。對於更高傳輸速率的接入網絡，多載波正交頻分複用(OFDM)技術被認為是最為合適的技術方案。OFDM以多個相互正交的載波對數據進行調製，將串行數據流變換為並行處理。其擁有接近香農限的高信道利用率
；並且可以有效的對抗多徑效應，解決碼間串擾問題，也具備較強的抗突發幹擾的能力
；另外，在信道分配上，OFDM也提供了靈活操作的可能性，得以規避通信帶寬內深度衰落的頻帶；OFDM技術在高速PLC中應用廣泛。

在MAC層協議中，目前的研究表明
，帶有衝突避免的有競爭CSMA/CA協議，基於TDMA的無競爭預約協議，以及將兩者相結合的混合型協議，比較適合於中壓寬帶接入網絡，並且已在實際係統中得到應用。

總體而言
，PLC應用係統經過了模擬——單片機集成電路——現代數字信號處理技術的發展過程。中壓PLC係統起點較高

，目前已廣泛采用DSP器件和專用芯片的解決方案。上世紀90年代中期以後，高速PLC芯片產業發展迅速

，國外多家公司都研究開發了相應產品。

在市場的推動下，北美的中壓PLC寬帶接入應用係統發展迅速。Amperion公司研究了發變電站至變壓器之間的中壓電力線上的高速數據傳輸技術，以及MV-PLC與LV-PLC為一端、光纖和無線網絡為另一端的接口技術，從而提供了從中壓傳輸到低壓傳輸，從戶外接入到戶內組網的端到端PLC解決方案。目前
，該係統的主要技術已經通過實驗室試驗
，Amperion公司及合作夥伴正極力推動該類接入網絡的商業進程。

近年來受到廣泛關注的MV-PLC接入在農村地區的應用
，目前主要還停留在實驗係統的階段。文獻[1]中所介紹的接入係統物理層采用BPSK調製方法，利用BCH編碼、交織等技術對抗信道衰減和突發噪聲，MAC層使用CSMA/CD和TDMA的混合協議，在南非的郊區和低人口密度地區的中壓電力線網絡傳輸實驗中實現了Internet接入，傳輸距離達到了4km
，但未能達到VoIP所要求的QoS保證。文獻[2]中，在北美農村13.8kV電網上采用基於QPSK調製的全雙工數字寬帶通信方案，在17MHz和83MHz頻段上在實現了2Mbps的TCP/IP連接。

中壓電力線通信技術在中壓配電自動化
、chengshihenongcundiqukuandaiwangluojierudengfangmianjuyoudutedeyoushihehendadefazhanqianli
，ruguodedaoguangfanyingyong
，jiangduiguominjingjidefazhanchanshengjijidecujinzuoyong。jinnianlai，guoneiwaixiangguandeyanjiuheyingyongdoudedaolexunsudefazhan，youliyouxiangxin
，suizhexiangguanjishudejinbuhechengshu，zhongyadianlixiantongxinhuizaixinxishehuizhongbanyanriyizhongyaodejiaose。