浅谈电力线通信技术江远明许炎英

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1、广东农工商职业技术学院毕业论文(设计)题 目_浅谈电力线通信技术 _姓 名 江远明 许炎英 专 业 通信技术_ 年级班级 2009 级 通信技术 2 班 _学生学号 20093312245 20093312231 指导老师 刘建成 完全日期 2012 年 4 月 25 日 2浅谈电力线通信技术专业班级：通信技术 2 班 姓名：江远明、许炎英指导老师：刘建成 关键词：电力线 通信 PLC 关键技术引言:电力线载波(Power Line Carrier,PLC)通信是利用高压电力线(通常指 35 kV 及以上电压等级)、中压电力线(指 10 kV 电压等级) 或低压配电线(380/220 V 用户

2、线) 作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来,高压电力线载波技术突破了仅单片机应用的限制,已经进入了数字化时代。并且,随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要,中/低压电力线载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面,电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”,正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。在这种形势下,本文旨在阐明电力线载波通信的发展历程、特点及技术关键。概要：PLC(Power Line Communication)，即电力线通信，是指利用电力线传输数据信号的一种通信方式， PLC系统使用电力网桥把网络中的数据信号进行调制处理转换

3、，再耦合到电力线上进行传输，到家庭用户上用电力猫把信号解调广播出来，供用户使用， PLC 硬件设备包括电力网桥，电力猫，电感耦合器；软件包括网络管理软件和调测软件。正 文 ：一 、 电 力 线 通 信 介 绍（一）电力线载波通信发展历程PLC 作为电力系统传输信息的一种基本手段，在电力系统通信和远动控制中得到广泛应用，经历了从分立到集成，从功能单一到微机自动控制，从模拟到数字的发展历程，PLC 中的核心电力线载波机历经了模拟电力线载波机、准数字电力线载波机、全数字电力线载波机三个阶段。 （二）传统的 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

4、围窄，传输速率较低，不能满足宽带化发展的要求。目前 PLC 正在向大容量、高速率方向发展，同时转向采用低压3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 ） 。我国也正在进行利用电力线上网的试验研究。可以预见，在将来人们可以使用电

5、力线实现计算机联网及 Internet 接入、小区安全监控、智能自动抄表、家庭智能网络管理等业务，以低压电力线为传输媒介的载波通信技术必将得到更为广泛的关注和研究。（三）未来的 PLC 应该能实现通信业务的综合化、传输能力的宽带化和网络管理的智能化，并能实现与远程网的无缝连接。 随着互联网在全球范围的迅速发展和用户对新业务服务要求的不断增加，电力线通信技术低廉的价格、使用灵活方便、提供宽带服务等优点将会有巨大的发展空间。目前电力线通信技术已经发展到第三代全数字 PLC。在全数字 PLC 中可以采用当前先进的数字信号处理技术，因此大大提高了 PLC 的容量和质量，使得电力线通信技术作为最后一公里

6、解决方案成为可能。 二、电力线通信的主要优缺点（一）电力线通信存在优点：电力线上网充分利用现有的配电网络基础设施，无需任何布线，是一种“No NewWires”技术。可以节省了巨大的新增投资。目前，我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路，全国 500kV 和 330kV 的电力线路长达 25094.16Km，220Kv 线路 107348.06Km，加上 110Kv 线路共计 310000Km，可绕地球近 8 圈。我国目前电话用户不到 3 亿，但用电用户已超过 10 亿，显然这连接 10 亿用户的既存电力线是提供上网服务的巨大物质基础，直接在覆盖全国的电力网络上架构互联网连接将比现在铺设光纤

7、的方式节省大量的人力和物力。电力线接入不仅仅应用于室外，而且能够对家庭联网提供支持，提供高速的家庭网解决方案，人们可以尽享由 PLC 技术带来的家庭音、视频网络，多人对抗游戏等娱乐。它又是家居自动化的能手，通过遍布各个房间的墙上插座将智能家电联网，提前享用数字化家庭的舒适和便利。1实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。2范围广 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC 可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。43高速率 PLC 能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家

8、的不同而4.5M45Mbps 之间。远远高于拨号上网和 ISDN，比 ADSL 更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之中。4永远在线 PLC 属于 即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！5便捷 不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC 带来的高速网络享受！（二）电力线通信存在的缺点(1)存在衰减在家庭的不同插座接入计算机，上网速度会不同，当你的计算机所接的插座和电表之间有大功率电器(如空调) 开启会影响网速。这并不意味着 PLC 技术存在问题，因为已经有相应的设备去解决这一问题了，通信研究所的带宽稳定装置就是一种

9、。(2)大部分情况下， PLC 数据需要通过电表传输，带宽往往在这里产生非常大的衰减，这成为 PLC 的主要技术瓶颈之一PLC 的带宽是否在电表处形成衰减，主要问题在于电表的设计，而不是 PLC 自身的技术因素，不同电表设备提供商的电表设备是不同的，主要是电容器的位置问题，特别是对于电容器置前的电表产品，由于会使高频信号发生短路。(3)噪声大、安全性低出现这种情况的主要原因在于，电力系统的基础设施并不具备提供高质量数据传输服务的功能，而且，由于家庭电器产生的电磁波会对通信产生干扰，所以使用电力线进行通信时经常会发生一些不可预知的错误，不过这些问题已经在努力解决之中。另外，由于电力线进行上网服务

10、是一种“共享带宽”(shared bandwidth)技术，所以用户上网时的速度，会取决于当时有多少用户上网。(4)利用电力线上网的信息安全问题因为电力系统的基础设施和使用特性决定了它是一个开放性结构，虽然采用了技术保护措施，但还不能保证其信息的安全。其次，还存在着带宽的拓宽问题。虽然，利用电力线上网信息传送速度可能达到 10Mbps 左右，但相对于比较成熟的以太网接入技术，电力线上网技术必须寻求宽带拓宽的空间。因为以太网接入技术的带宽拓展性非常好，它的带宽可以拓宽到100M，甚至 1000M。如果电力线上网不能解决带宽的拓展问题，在与其它接入方式的市场竞争中就会有被淘汰的危险。(5)不能解决

11、传输带宽的问题PLC 与电话线上网从本质上来讲并没有区5别，都是利用铜线作为传输媒质。而铜线上网的最大问题就是不能解决传输带宽的问题，这是电力线上网面临的首道关卡。虽然 PLC 试验网络接入速度较快，不但远远超过普通拨号和ISDN，也已超过 ADSL，上网桌面速率达到 2Mb/s。但这个速度只是理想情况下的最高速度，若同一地区多个用户同时上网，则数据传输速度将会相应地降低。电力线上网是一种共享的带宽，如果将这些资源分配到每一个具体的用户桌面，就成了窄带的概念。电力线上网就是铜线上网，在铜线上不可能无限制地提升传输数据通信容量的潜能。但是如何使其潜能充分发挥，则是摆在我们面前的一个重要课题。三、

12、关键技术近几年国内外开展的利用低压电力线传输，其速率在 1Mb/s 以上的 PLC 技术，称为高速PLC。高速 PLC 利用 1.6M30M 频带范围传输信号。在发送时，利用 GMSK(高斯滤波最小频移键控) 或 OFDM(正交频分多路复用)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。目前可达到的通信速率依具体设备不同在 4.5M45M 之间。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

13、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。该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载，也就是实现四网合一。终端用户只需要插上电源插头，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。PLC 传输技术，是为提供端到端接入而设计的。它贯穿了从家用电源插座和最终用户终端到电信网络的入口点。PLC 技术利用室内电源线网络将 IP 包从用户 PC 传送至一个家庭室内入口点的集成器，在这一入口点，另外一个传输段利用低压配电网将数据传输至同时为多个家庭提供电源的变压器。PLC 技术主要

14、包括以下几个要素：(1)电力线网络单元 (PNU)PNU 负责控制电力线网络并从单元配电网集成话务。通过适当的电信干线接口，PNU 再将话务传至馈电网络。根据馈电网络中使用的不同介质，PNU 也可转换来自低压配电网的数据话务。(2)电源线网络终端 (PNT)PNT 为最终用户 PC 或其它用户提供适当的接口，如以太网或是 USB。为了降低成本，这一独立设备能够和 PC 或其他设备相集成。6(3)耦合设备 (CouplingUnit)耦合设备是将信号传入线路并过滤噪音的。目前它还是一个使用插销插入电插座的相对独立的设备，今后它可能会和 PLC 调制解调器集成于一体。这个集合体有一天将使 PC 可

15、能直接在网上运行。(4)正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM 技术)电力线上网采用的是这种多路复用技术，可以提高电力线网络传输质量。它是一种多载波调制技术。传输质量的不稳定意味着电力线网络不能保证如语音和视频流这样的实时应用程序的传输质量。然而对于传输突发性 Internet 数据流，它却是个理想的网络。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。四、PLC 组网拓扑图1 交换机与局端网桥实现数据连接； 2 局端电桥通过电感耦合器与用户电表下火线合路； 3 用户端电力猫接入插座并实现有线连接/无线覆盖。 PLC 多点耦合应用组网拓扑图71 一个网桥在每个电表下耦合一次 2 一个网桥实现多点耦合 3 一个耦合点上可接多个电力猫 PLC 电力桥 直插型电力调制解调器五、电力线通信工作原理以下电力线通信工作原理的产品以京信 PLC 为代表局域电力线网桥工作原理：发送端：81 将以太网接口过来的数据进行 D/A 转换变成模拟信号2 采用正交频分复用（OFDM）将模拟信号调制到 2M-32M 频率