[科普中国]-电力线通信

发展历程过去

电力线通信技术出现于20世纪20年代初期。应用电力线传输信号的实例最早是电力线电话，它的应用范围是在同一个变压器的供电线路以内，将电信号从电力线上滤下来。1991年美国电子工业协会确认了三种家庭总线，电力线是其中一种。1997年10月，Northern Telecom公司宣布进行数字电线技术的开发，这项技术将使电力公司能够在电力线上以1Mbps的速度传送数据和话音业务。后来西门子的PLC技术将电力线总线的家庭扩大到小区的电信接入网端口，而且能以1Mbps的速率传输数据。

技术进展后来逐渐加快。由思科、英特尔、惠普、松下和夏普等13家公司成立“家庭插电联盟”（HomePlugPowerline Alliance），致力于创造共同的家用电线网络通讯技术标准。

欧洲也不示弱。在德国汉诺威信息技术大展上，德国电力工业巨头RWE电力公司推出了名叫电力网的新技术，这种新的传输技术将能通过电源线路传输各种互联网数据信号，从而大大推进互联网的普及。用户只需花上几分钟时间，把特制的调制解调器与普通的电线插口相接，就可以上网浏览，速度也可达到每秒2兆比特的宽带标准。德国联邦议院议会上院新近通过一项议案，批准使用能使互联网信息通过电力线和墙上电源插座传输的技术。

日本将在2001年内制定出连接装置的技术标准。日本九州电力公司和东京电力公司与三菱电机、富士通、松下电器等合作，开发通过电力线路传送和接收图像的技术，并定于2001年内推出实用产品。

在中国，20世纪40年代已有日本生产的载波机在东北运行，做为长距离调度的通信手段。从1999年起，中国电科院就开始对高速PLC进行研究，并在2001年8月，在沈阳建立了第一个实验网络。又从2001年12月起，国电通信中心开始组织国内外厂商在北京居民区开展PLC应用试验，这些公司包括韩国的Xeline（14Mb/s系统）、瑞士ASCOM公司（4.5Mb/s系统）、美国Leap公司（14Mb/s）、西班牙的DS2公司.福建电力试验研究院（10Mb/s系统），以及电科院（14Mb/s系统）等。中国福建省电力试验研究院研制成功“数字化输电线路技术“的核心产品——电力调制解调器及多个相关产品，其传输速率达到10M。同时国电通信中心采用国内外电力线通信(PLC)组网设备，在北京某生活小区成功地进行了lnternet接入试验，并获得了较理想效果。随着研究的深入，PLC也向更高速率发展。例如将速率提高到100Mb/s，甚至200 Mb/s。届时，高速PLC将为宽带接入通信作出更大贡献。

现状电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础；是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段；是电力系统的重要基础设施。由于电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格的要求，并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势，因此，世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网。2

基本原理在发送时，利用调制技术将用户数据进行调制，把载有信息的高频加载于电流，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号取出，再经过解调，就可得到原通信信号，并传送到计算机或电话，以实现信息传递。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。具体的电力线载波双向传输模块的设计思想：由调制器、振荡器、功放、T/R转向开关、耦合电路和解调器等部分组成的传输模块，其中振荡器是为调制器提供一个载波信号。在发射数据时，待发信号从TXD端发出后，经调制器进行调制，然后将已调信号送到功放级进行放大，再经过 T/R转向开关和耦合电路把已调信号加载到电力线上。接收数据时，发射模块发送出的已调信号通过耦合电路和T/R 转向开关进入解调器，经解调器解调后提取原始信号，并将原始信号从RXD 端送到下一级的数字设备中。3

接口类型电力线通信设备常用的接口如下：

RJ-45RJ-45接口是以太网最为常用的接口，RJ-45是一个常用名称，指的是由IEC（60）603-7标准化，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置（8针）的模块化插孔或者插头。4

USBUSB（Universal Serial Bus）通用串行总线是由Intel、Microsoft、Compaq、IBM、NEC等几家大厂商发起的新型外设接口标准。USB1.1的传输速度12Mbps，USB2.0可达480Mbps；电缆最大长度5米。USB电缆有4条线，其中2条信号线，2条电源线，可提供5伏特电源。USB电缆还分屏蔽和非屏蔽两种，屏蔽电缆传输速度可达12Mbps，价格较贵，非屏蔽电缆速度为1.5Mbps，但价格便宜；USB通过串联方式最多可串接127个设备；支持即插即用和热插拔。

调制方式电力线通信通常采用的调试方式为OFDM，即正交频分复用。OFDM是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施，HomePLUG 1.0的规范覆盖4-21MHz的通信频段，在这个频段内划分了84个OFDM通信信道。OFDM的原理是几个通信信道按90度的相位作频分，这样的结果是当某一个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值最大值，这样就保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠、串扰。

电力线通信的分类从占用频率带宽角度，可分为窄带PLC和宽带PLC。5

窄带PLC的载波频率范围，在不同国家，不同地区是不一样的，美国为50~450kHz，中国为40~500kHz。5

宽带PLC的载波频率范围，在美国为4~500kHz，主要用于户内；欧洲为1.6~10MHz和10~30MHz，这是ETSI标准，CENELEC标准分界点为13MHz。5

从实现的通信速率角度看，可分为低速PLC和高速PLC，一般以2Mbit/s线速为分界线。5

另一种分类方法是按应用场合不同。ETSI标准《PLT体系结构参考模型》中，根据使用场合不同，分为4类。5

电力线通信的应用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, 也可把数字视像直接录入PC 机或数字录像机(VCR)内。还有，电冰箱可以根据冰箱内的库存情况通过电力线订购食品，微波炉能向空调发送预计的环境温度变化信息，让空调重新调节温度，保持室温舒适。1

PLC 的应用并不局限于新式信息家电。作为家庭网络，PLC非常便于在传统数据处理设备(如 PC 机等)与计算机外设之间交换数据。此外，信息家电也可与计算机进行对话，利用 PLC 可以很方便地从电视机或 VCR 向 PC 机发送多媒体数据。PLC 还可以用于住家安全方面，可以把门口监控摄像机获得的图像送至电视机。1

电力线通信的展望传统的电力线载波通信（PLC）主要利用高压输电线路作为高频信号的传输通道，仅仅局限于传输话音、远动控制信号等，应用范围窄，传输速率较低，不能满足宽带化发展的要求。PLC正在向大容量、高速率方向发展，同时转向采用低压配电网进行载波通信，实现家庭用户利用电力线打电话、上网等多种业务。6

国外如美国、日本、以色列等国家正在开展低压配电网通信的研究和试验。由美国3COM，Intel，Cisco，日本松下等13家公司联合组建使用电力线作为传送媒介的家庭网络推进团体--"Homeplug PowerlineAlliance"，已经提出家庭插座（Home Plug）计划，旨在推动以电力线为传输媒介的数字化家庭（DigitalHome）。

还存在以下问题有待进一步研究：

硬件平台：主要包括通信方式的合理选择、通信网络结构的优化选择。扩频方式、OFDM技术和多维网格编码方式各有优点，哪一种适合低压网还有待研究，或者也可以采用软件无线电的思想为这三种方式提供一个统一的平台。电力网结构非常复杂，网络拓扑千变万化，如何优化通信网结构也是值得研究的问题。