PLC寬帶通信技術與應用性能之研究

任學榮

【摘要】 目前，PLC是寬帶接入的重要課題，其適合用在寫字樓、酒店、學校及居民小區等場所。為了進一步推廣PLC寬帶通信技術的應用，重視對這一技術的應用性能研究具有重要意義。據此，本文筆者首先介紹PLC接入網絡原理，然后再分析PLC的信道特性，最后再探究PLC接入穩定性的測試。測試結果顯示，在惡劣環境下，PLC提供的帶寬接入性能穩定。

【關鍵詞】 PLC 帶寬接入 信道特性 OFDM技術

電力線通信PLC是通過電力線、PLC的局端及終端調制解調器，建立電力線通信系統，即：運用PLC帶寬接入技術，在電源插座上插入PLC終端調制解調器，以實現“四網合一”（電力、視頻、語音、數據）。早在10年前，PLC的傳輸速率就已達到45Mbit/s，研發更高速的PLC指日可待。

一、PLC接入網絡原理

PLC涉及電力技術、以太網技術及部分通信編碼調制技術，其中在OSI的第二層以上，PLC與802.3以太網規范相符。PLC運用的是1M-30MHz頻帶范圍的傳輸信號，其目前的傳輸速率是4.5-45M，即：首先，運用OFDM或GMSK調制技術調制用戶數據，以保證電力線在電磁干擾環境下的數據傳輸性能可靠；其次，在電力線上傳輸；第三，先在接收端用濾波器濾出調制信號，再解調出原通信信號。據此，PLC設備以用戶調制解調器、局端設備為主，其中局端的任務是連接外網及與調制解調器通信。PLC傳輸技術的任務是實現端到端接入，即：借助室內電源線網絡，從用戶PC傳送IP至不同家庭室內入口點的集成器，另一傳輸段在這一入口點經低壓配電網傳輸數據至供電電源的共用變壓器。

二、PLC的信道特性

1、時變性。在我國，居民用電是通過220V交流兩線供電，而在低壓電網上，不同家庭的用電量與負載量具有不可預知性，且電器的關或開、馬達的啟或停及負載的切出或接入等具有隨機性，因此電力線信道的時變性明顯。針對線路信號的確定，不宜運用電壓檢測法，究其原因是低壓電力線對500kHz頻率信號在1s內的衰減變化高達20dB及信噪比變化約達10dB。

2、干擾噪聲。干燥噪聲的頻率是10k-100MHz及其功率譜密度的衰減幅度是29dB/decade。通常而言，干擾噪聲分為脈沖噪聲和背景噪聲兩種，且都可能增大通信系統的瞬間誤碼率。研究發現，干擾噪聲源自下列方面：一是一些電路及SCR器件發出的50Hz倍頻諧波；二是電網與負載不同步產生的干擾，其具有平滑功率譜的特定；三是電子設備在開關時發出的單脈沖噪聲。

3、衰減性。電力線信號衰減的主因不是阻抗，而是線上并聯負載的類型、大小。通常來講，信號衰減包括線路衰減、耦合衰減。理論認為，線路衰減是信號衰減的決定因素。實驗表明，距離會對信號衰減造成影響，每1km衰減40-100dB，其中也存在地區差異，即：農村地區500m衰減50dB，城市地區200m衰減20dB。

三、PLC數據信號傳輸技術

1、OFDM技術的原理。對OFDM技術，其采用的是多路窄帶正交子載波，可實現多路數據同時傳輸，且每一路信號具有較長的碼元時間，則可防止碼元相互干擾；OFDM通過動態選擇子載波，可控制頻率谷點對其的影響及減輕窄帶干擾，這對維持通信系統的穩定狀態非常重要。從20世紀70年代以后，OFDM技術的應用日趨實用化，即其可在同一電路線的不同信道上實現數據傳輸，即：將有效頻譜劃分成若干頻譜相互重疊的OFDM通信子信道，且在空間上，不同子信道的載波以90°相位呈正交關系，詳見圖1。

2、OFDM技術的優勢。1.電力線網絡傳輸質量更高，即：當通信環境存在嚴重的電磁干擾時，OFDM技術也能保證數據的穩定傳輸，且能跟蹤監控通信特性的異常改變；OFDM技術還能動態地適應通信路徑傳輸數據在時間軸上能力的改變，并能通過切斷或接通相應的載波來實現穩定通信。2.OFDM技術可自動測出傳輸介質上存在較高干擾脈沖或信號衰減的載波，并能采取有效的調制方法來實現載波在制定頻率下的穩定通信。3.在高層建筑、信號散播及居民密集等地區，OFDM技術的應用可減輕信號受多徑效應的影響。4.OFDM技術能有效對抗窄帶干擾或頻率選擇性衰落，即對于多載波系統，單一衰落或干擾僅會影響到其中一部分載波，且可利用糾錯碼來糾錯。5.OFDM技術能有效對抗信號波形之間產生的干擾，因此適合用在衰落信道和多徑環境中實現數據的高速傳輸。

結語：雖然電力網結構及網絡拓撲復雜，但OFDM技術的運用可提供有效的解決辦法。總之，在當前的技術水平下，PLC寬帶網絡接入技術可以滿足電網運行及負荷變化的要求，因此其提供給用戶的INTERNET接入服務具有穩定性、可靠性的特點。

參 考 文 獻

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