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电力线通信(PLC)的技术特性简介

浏览:8698  来源:通信人在线  日期:2019-05-09

电力线通信(PLCPower Line Communication)技术,由于利用的是电力线作为通信信号的传输介质,其呈现出独有的技术特性,而这些特性正是电力线通信系统研究的重点。

一、频率范围

PLC技术使用的频率范围为2~30MHz,在这个频段上信道的噪声较低,对信号传输的影响较小。电力线上的信号衰减是随着信号频率的增加而增加的,在一定的传输距离范围内,2~30MHz频段内信号的衰减要低于噪声的衰减。因此,利用调制技术可将高频信号从电力线中分离出来。

依据我国相关国家标准GB/T 31983.11,其窄带PLC系统应用于3kHz~500kHz频段,对于该频段,又从中划分了三个频段。依据我国相关国家标准GB/T 33854,其宽带PLC系统(基于HomcPlug AV技术)应用于1.8 MHz~48 MHz频段(分为1 893个子载波)。

欲详细了解窄带PLC系统频段划分的请进入

二、低压电力线的信道特性

作为电信级的运营网络,通信质量必须要有保障,而电力线作为传输介质,对高频数据信号的传输有一些不利因素,集中表现为:

1、电力线会对高频信号造成较大的衰减

通常,电力线在某一时刻对不同的频率的信号,线路衰减不同,而且随着线路的阻抗和负载变化,信道的衰减也在不断变化。

2、电力线上存在较大的噪声干扰

由于电力线上连接有各种各样的用电设备,某些大功率用电设备的频繁开闭,会在电力线上产生各种噪声干扰,而且噪声幅度较大。主要包括表2-2-1所示的5种噪声源。通过大量理论研究和实际测试表明,电力线信道中的噪声分布和其它常见信道有很大的不同,其噪声并不呈现白高斯噪声(AWGN)特性,在频率从几百kHz到数十MHz之间,主要为窄带干扰和脉冲噪声。中低压配电网中的噪声可以分为5类,详见下表2-2-2。为了克服这些影响,必须考虑采用复杂的信道编码技术。

2-2-1:电力线上存在的主要噪声源

2-2-2:中低压配电网中的噪声分类

3、时变的频率选择性衰减信道

低压电网拓扑结构复杂,分支多、衰减大,导致多径反射,引起信号的选择性衰减和码间干扰。由于电力线信道呈无法预知的多径传输和反射特征,致使信道特征表现为一个时变的频率选择性衰减信道,因此信道容量和误码率特性会受到多径衰落的影响而恶化。

总之,在高速数据传输时,电力线信道呈现出的频率选择特性、阻抗剧烈变化、较大的噪声干扰及高衰减等特性,使电力线成为一个并不理想的通信媒介。因此,要在电力线上实现高速、可靠的数据传输,必须选择一种适合电力线信道特性的调制技术。

三、PLC与正交频分复用(OFDM)技术

PLC技术中引入OFDM(正交频分多路复用)技术,就可以使电力线上的高速数据通信成为可能。OFDM的基本思想就是把可用信道带宽划分为若干子信道,每个子信道都可近似看作理想信道。在规定使用的频段内,利用载波之间的正交性,使用几十、上百、甚至上千个具有正交特性的载波信号,每个载波传输一定速率的数据,各个载波传输数据的总和就是总的传输速率。

1、高传输速率

OFDM技术将信道可用带宽划分为若干相对窄的子带,其总传输速率接近系统的设计容量。如果子站之间的功率分配及每个符号包含的比特位的选择遵循保证每个子信道误码率均衡原则,那么实现总速率最大化是可能的。对于较低信噪比(SNR)的子信道,采用较低的调制电平,较高SNR的子信道,采用较高的调制电平。在自适应OFDM系统中,根据信道条件,采用最优化的调制电平和功率分配可以实现10Mbit/s,甚至100Mbit/s以上的数据传输。

2、坑衰减性

电力线上信号的衰减是不断变化的,在衰减较大的区域无法有效传输信号,只能利用曲线中衰减较小的区域。OFDM为保证信号的有效传输,在设置载波时,设定两个或多个不同的载波传输相同的数据,根据信道情况自动选择某个衰减比较小的载波进行有效数据传输。在任何失真的信道中都可以采用OFDM技术,特别是在具有频率选择特性的衰减信道中,效果尤其明显。OFDM可以通过对信道的预测,通过自适应信道处理技术实现较高速率的数据传输。

3、抗干扰性

OFDM可以自动选择噪声干扰比较小的载波进行数据传输。当某个载波受到强干扰影响致使接收信号的信噪比达不到正确接收信号的要求时,则放弃使用该载波传输数据,依此来达到正确传输数据的目的。OFDM还可有效地抑制等幅波干扰。

当然,除了上述优点外,OFDM也有其不足之处,如技术复杂、数据开销大等。另外,当在信道中较宽的频率范围内出现很大的衰减或强干扰时,传输性能会明显恶化,但这种现象在实际应用时很少发生。总之,如果能够有效利用OFDM的良好性能,将是实现高速电力线通信最行之有效的调制技术。

四、传输特性

1、传输距离

当电力线空载时,点对点载波信号可传输几千米。但当电力线上负荷较大时,采用PLC技术只能传输200m左右,要想实现更长距离的数据传输,只能采用增加中继的方式。低压PLC作为宽带接入的一种手段,如果只在楼宇内应用,解决“最后一百米”的入户问题,是完全可以满足需要的。

2、传输速率

理论上讲,利用OFDM技术可以实现几十兆、甚至上百兆的数据传输。在前期试验的PLC产品测试中,14Mbit/s制式芯片的产品已经实现了500kbit/s~3Mbit/s的传输速率,45Mbit/s制式芯片的产品传输速率在3~40Mbit/s左右,完全能够满足普通上网用户对网络带宽的需求。随着PLC技术和产品的改进,PLC系统传输速率还会不断提高。

五、安全性

由于PLC技术是利用现有220V/380V电压的电力线传输数据信号,而原有的其他通信技术都采用专用通信线路,线路上只有弱电信号,因此在用户心里上有一些观念上的障碍,担心在使用过程当中会出现损坏计算机,威胁到人身安全的顾虑。为保证使用安全,PLC设备一般采取如下表5所示的保护措施。

5PLC技术的安全性

六、与其他接入方式的比较

接入技术除正在发展中的电力线接入系统以外,还有电话线拨号上网、ISDNADSL HFC、“光纤+以太网”、802.11无线局域网等。表6-1针对这些接入方式,列出提供“最后一百米”解决方案的上述几种通信方式技术特点的比较(包括优缺点、最大传输速率等)。由表6-1可以看出,与其他接入技术相比,电力线接入网络具有如下表6-2的优势。

6-1:几种接入方式技术特性的比较

6-2PLC接入技术的优势

欲进一步了解其他有线接入方式介绍的请进入

附录
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