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PLC通信传输技术
2007/7/9 16:08:11    产通学院,365PR NET

用PLC技术在电线传输电力载波信号时,接收终端的调制解调器再从电流中把信号分离出来,以实现信息传递。例如在高速互联网接入应用时,发送端利用GMSK或OFDM调制技术将用户信号进行调制,然后在电力线上传输载波信号;在接收端,先经过滤波器将调制信号滤出,再经过解调,就可得到原信号。

PLC设备分局端和调制解调器,局端负责与内部PLC调制解调器进行通信并与外部网络的连接。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,再转到外部的互联网。一般采用两种技术方案在电力线上传输这些信号,即电力线数字扩频技术(SST)和正交频分多路复用技术(OFDM)。

SST技术

扩频通信利用高速率的扩频码对数据进行调制,拓展信号带宽,降低干扰信号的功率谱密度,达到提高信噪比、抗干扰、多用户共享带宽的目的。同时,SST技术可以充分利用传输频带,实现宽带高速数据传输,得到可靠的数据通信。SST技术容易实现,自动选择高信噪比频段,抵御瞬间干扰;但码间干扰严重,需要非线性均衡器。

相对于窄带通信而言,扩频通信在抗干扰方面具有一定的优势。因为扩频载波信号的带宽通常较大,其受干扰的频率范围所占比例相对减小,大多数的信号都能够完整、正确地传输。对于最常见的脉冲噪音而言,尽管窄带通信中的接收器通带较窄,仅有一小部分噪音可以进入接收器,但由于此类接收装置中的滤波器品质因素较高,瞬间的脉冲噪音会使其发生自干扰而引起误操作;若使用低品质因素的滤波器又会加大通带的带宽,令更多的噪音进入接收器,故窄带通信对脉冲噪音的抵抗性较差。然而利用扩频技术,当接收到具有高能量的噪音信号时,接收器便会在噪音的高能部分到达时自动停止工作,接收方只用对一小部分受影响的信号进行纠错解码即可;另外,扩频接收设备使用的滤波器品质因素较低,不会使系统出现白干扰现象。

从目前来讲,实现扩频有三种途径:直接序列调制、跳频载波和利用线性调频波(Chirps)扫描频率进行载波。
· 直接序列调制(Direct-Sequence Modulation):此技术是将信号的能量平均分布于整个频带内,并通过伪随机序列将数据流倍加来使信号得以扩频,此序列具有数倍于所传信号二进制数据位率的符号速率。
· 跳频载波(Frequency—Hopping):即扩频信号在某一频率通过延续一段时间,来代表数据的一位、几位或是一位的一部分。当信号在某一频率上受到干扰时,信号就可切换到扩频带宽内的其他频率上去,因而大大降低了其受干扰的程度,这种方法对于邻近信道(CW)干扰有较强的抵抗性。
· 利用扫描频率的Chirps进行载波:此方法多用于类似于以太网的CSMA网络,它利用一系列短促的、可自同步的扫描频率chirps作为载体,每个chirps一般持续100μs,它代表了最基本的通信符号时间(UST)。这些chirps覆盖了100-400kHz的频带,并总是以200-400kHz的频率开始,继而以100-200kHz的频率结束。由于chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多,其线性加速度是较高的,而CW干扰的频率加速度一般是稳定的,所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号,就可以将CW干扰排除在外。

OFDM技术

OFDM技术采用多路窄带正交子载波,同时传输多路数据,每路信号的码元周期较长,可以避免码间干扰。通过动态选择子载波,可以减少窄带干扰和频率谷点的影响。在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交,其频谱相互重叠,这样不但减小了子载波间的相互干扰,而且又提高了频谱利用率,还可以抑制等幅波干扰。在高速PLC系统中,OFDM技术可以提高电力线网络传输质量,即便是在配电网受到严重干扰的情况下,OFDM也可提供高带宽并且保证带宽传输效率,而且适当的纠错技术可以确保可靠的数据传输。但OFDM收信机结构复杂,成本较高,且要求宽动态范围的线性放大,对瞬间干扰敏感。

早在20世纪60年代OFDM技术便在军用高频通信系统得到了应用,但由于OFDM系统的结构非常复杂,而使其进一步推广受到限制。直到70年代,人们提出了采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制,以软件方法实现复杂的OFDM处理,简化了系统结构,使得OFDM技术更趋于实用化。近年来,由于数字信号处理(DSP)技术的飞速发展,OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术已经被广泛应用于民用通信系统中。而今,OFDM技术已应用于高速MODEM和无线调频信道上的宽带数据传输。第四代移动通信(4G)中将采用OFDM技术,这使数据传输速率可以达到10Mbps,目前在无线局域网中也已采用了该技术。正在筹备之中的数码地面波电视播放以及正在开发中的高速无线LAN IEEE802.11a都预定采用这项新技术。
 
现有的几种宽带接入手段,例如ADSL、有线电视宽带和以太网等,存在一些问题,例如:
· ADSL对高端用户接入速度不够快, 对低端用户来说包月费用较高
· 有线电视宽带接入存在网络改造成本过高的问题,稳定性不佳。
· 以太网多在新建小区中推广,而在已投入使用的小区中布设以太网接入,存在施工量大周期长、初期投资大等弊端。

作为一种崭新的宽带接入技术,PLC适时切入,市场空间仍然很大。如果能利用通达家家户户的220V低压电力线传输高/低速数据,PLC则有以下明显的技术优势:
· 采用电力线(中/低压)作为信息传输通道,可提供最广泛的网络覆盖率。
· 充分利用现有的低压配电网络设施,无需在室内重新布线,任何一个插座都能成为通信节点,从而降低了投资成本,也使用户的使用更加便捷。
· 提供廉价的高速互联网接入业务。

具有多个PLC终端设备的家庭,可以实现家庭联网,使人们可以尽享由PLC技术带来的家庭音视频网络、游戏等娱乐;通过遍布各个房间墙上的插座将智能家电联网,实现远程控制,提供数字化家庭的舒适、便利和安全。

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