什么是電力線通信？它的原理及調(diào)制方式有哪些？

電力線通信全稱是電力線載波(Power Line Carrier – PLC)通信，是指利用高壓電力線(在電力載波領(lǐng)域通常指35kV及以上電壓等級(jí))、中壓電力線(指10kV電壓等級(jí))或低壓配電線(380/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。

電力線通信技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期。應(yīng)用電力線傳輸信號(hào)的實(shí)例最早是電力線電話，它的應(yīng)用范圍是在同一個(gè)變壓器的供電線路以內(nèi)，將電信號(hào)從電力線上濾下來(lái)。1991年美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)確認(rèn)了三種家庭總線，電力線是其中一種。1997年10月，Northern Telecom公司宣布進(jìn)行數(shù)字電線技術(shù)的開(kāi)發(fā)，這項(xiàng)技術(shù)將使電力公司能夠在電力線上以1Mbps的速度傳送數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)。后來(lái)西門子的PLC技術(shù)將電力線總線的家庭擴(kuò)大到小區(qū)的電信接入網(wǎng)端口，而且能以1Mbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。

技術(shù)進(jìn)展后來(lái)逐漸加快。由思科、英特爾、惠普、松下和夏普等13家公司成立“家庭插電聯(lián)盟”(HomePlugPowerline Alliance)，致力于創(chuàng)造共同的家用電線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

歐洲也不示弱。在德國(guó)漢諾威信息技術(shù)大展上，德國(guó)電力工業(yè)巨頭RWE電力公司推出了名叫電力網(wǎng)的新技術(shù)，這種新的傳輸技術(shù)將能通過(guò)電源線路傳輸各種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)，從而大大推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的普及。用戶只需花上幾分鐘時(shí)間，把特制的調(diào)制解調(diào)器與普通的電線插口相接，就可以上網(wǎng)瀏覽，速度也可達(dá)到每秒2兆比特的寬帶標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)聯(lián)邦議院議會(huì)上院新近通過(guò)一項(xiàng)議案，批準(zhǔn)使用能使互聯(lián)網(wǎng)信息通過(guò)電力線和墻上電源插座傳輸?shù)募夹g(shù)。

電力網(wǎng)是一個(gè)近乎天然、入戶率絕對(duì)第一的物理網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信需要重新布網(wǎng)線，安裝和維護(hù)不便，投資較大，因此很多對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控都難于推廣。所以使用電力線載波通信，可以有效地運(yùn)用已有的電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，極大地降低了成本;如今，電力線載波通信已經(jīng)被應(yīng)用到自動(dòng)抄表到戶、城市照明設(shè)備和病房呼叫系統(tǒng)等方面。

電力線通信(Power Line Communication，PLC)的原理是利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后將載有信息的高頻信號(hào)加載到電流上，通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸。在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)取出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，還原成原始通信信號(hào)，然后傳送到計(jì)算機(jī)或電話，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

具體來(lái)說(shuō)，發(fā)送端將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)送入調(diào)制器，調(diào)制器將這些數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻載波信號(hào)，然后通過(guò)耦合電路將高頻載波信號(hào)注入到電力線上。在電力線上，高頻載波信號(hào)以電磁波的形式進(jìn)行傳播。接收端通過(guò)耦合電路從電力線上取出高頻載波信號(hào)，然后送入解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，還原成原始數(shù)據(jù)信號(hào)。

電力線通信的關(guān)鍵技術(shù)包括調(diào)制技術(shù)、濾波技術(shù)、解調(diào)技術(shù)等。調(diào)制技術(shù)是將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻載波信號(hào)的過(guò)程，濾波技術(shù)是從電力線上提取高頻載波信號(hào)的過(guò)程，解調(diào)技術(shù)是將高頻載波信號(hào)還原為原始數(shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程。此外，還需要考慮電力線的傳輸特性、噪聲干擾等因素對(duì)通信質(zhì)量的影響。

電力線通信的調(diào)制方式主要有以下幾種：

正交頻分復(fù)用(OFDM)：OFDM是一種多載波調(diào)制技術(shù)，它將高速數(shù)據(jù)流分成多個(gè)低速數(shù)據(jù)流，然后將每個(gè)低速數(shù)據(jù)流調(diào)制到不同的子載波上進(jìn)行傳輸。OFDM可以有效抵抗電力線上的干擾和衰減，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院退俾省?

擴(kuò)頻調(diào)制：擴(kuò)頻調(diào)制是一種將信號(hào)擴(kuò)展到更寬的頻帶上的技術(shù)，通過(guò)增加信號(hào)的帶寬來(lái)降低信號(hào)在傳輸過(guò)程中的干擾和衰減。在電力線通信中，擴(kuò)頻調(diào)制可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院退俾省?

單載波頻域均衡(SC-FDE)：SC-FDE是一種單載波調(diào)制技術(shù)，它通過(guò)在頻域上進(jìn)行均衡來(lái)抵消電力線上的干擾和衰減。SC-FDE可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃?，同時(shí)降低了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

多輸入多輸出(MIMO)：MIMO是一種利用多個(gè)發(fā)送和接收天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。在電力線通信中，MIMO可以利用電力線上的多徑效應(yīng)來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃浴?