电力线通信(Power Line Communication,英文简称PLC)技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种
通信方式。该技术是把载有信息的高频加载于电流然后用电线传输接收信息的
适配器再把高频从电流中分离出来并传送到计算机或电话以实现
信息传递。
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。
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。
接口类型
电力线通信设备常用的接口如下:
RJ-45
RJ-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。
USB
USB(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4-21
MHz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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
国外如美国、日本、
以色列传输媒介的
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。