電力線與光通信的融合信道研究

蔡龍飛

(海裝武漢局駐武漢地區第一軍事代表室，湖北 武漢 430060)

0 引言

21世紀，在人們的日常工作和學習中，甚至是平常的生活，高速數據信息輸送飾演著重要的角色，這使得人們可以在任何需要數據傳達的時間或者地點，十分快捷地得到各種各樣的多媒體信息。然而信息的高速傳輸，必然會伴隨各種干擾問題，傳統的通信方式不但不能解決這些干擾問題，而且由于技術的發展過去的通信手段已經不能夠滿足當下人們的要求。

LED可見光通信(Visible Line Communication，VLC)，是一種較新穎的可見光通信技術，其通信方式是利用LED高速暗亮閃爍的光信號來傳輸數據的，這種光信號是不會被人們肉眼無視識別的。在照明設備上連接高速因特網的電線裝置，插入電源插頭，即可實現VLC通信，可以說可見光通信是“有光便能上網”。可見光通信系統中，室內的白光LED燈已經不僅有照明功能，同時還承擔著信息傳輸的任務。“有可見光就能上網”這一特點，使得VLC通信的使用條件更加寬廣，但凡是LED燈光能照到的地方，便可以實現高速數據輸送，并維持時間較長。同時可見光通信技術私密性能好，不會泄漏室內的數據到室外，除此之外，可見光通信的主體白光LED，其使用壽命很長、體積小巧、綠色低碳，更具有調制性能優良、反應靈敏度高的特點[1-2]。與以往的通信技術相比，可見光通信對人體安全，并且不受電磁影響。

電力線通信技術(Power Line Communication，PLC)，是指利用電力線作為信號輸送媒介，進行數據傳輸的一種通信方式。該技術最大的優點是不需要增添任何新的線路鋪設，只是在現有的電力線上完成對語音和視頻等多種業務的數據傳輸。近年來，隨著智能電網、智能家居等理念的倡導，逐步形成了當今社會發展迫切需要的互聯網+廣電網+電信網+電網的四網融合，而實現四網合一，只要終端用戶插上電源插頭就能夠將高速因特網接入電視頻道，這樣就能接收節目或者與另一用戶視頻。一旦有電線，就能進行信息傳輸，這無疑成了解決智能化社會服務的優質選擇。“只要有電就能通信”，電力線網絡覆蓋范圍非常廣泛，這就決定了其具有相當大的潛在利用價值[3-4]。

結合PLC和VLC的種種優點以及智能化社會服務的發展，基于PLC與VLC融合系統的信道特性的研究將會有廣闊的發展前景。

1 電力線與可見光通信的融合網絡結構

目前針對PLC與VLC的融合，有兩種融合方式：一種是將加載在電力線上的信號解調放大后加載到LED上，此種方法為DF/AF方式[5]，如圖1所示。這里的DF(Decode Forward)是指解調電力線上的信號，AF(Amplify Forward)是指放大電力線上的信號。另一種是PLC信號不經過調制解調，直接將PLC信號加載到LED燈上，PLC信號在現有的電力線上傳輸并將信號直接反饋到 LED燈上，在電力線和LED之間不需要解調放大操作，這種方法為深度融合的方式，如圖2所示。兩種融合方式下的接收信號裝置都是光電轉換器，將光信號轉換成電信號，即在通信的接收端都是利用雪崩二極管(APD)來接收信號并完成轉換。

圖1 DF/AF融合方式

圖2 深度融合方式

2 電力線與可見光通信融合系統的信道模型

融合網絡的信道是由以下4部分組成：PLC信道、LED燈信道、VLC無線光信道和APD轉換器。PLC和VLC融合信道的特性研究有兩種主要思路：“自頂向下”法和“自底而上”法。所謂“自頂而下”[6]傳統的方法，就是將融合信道看成一個黑箱子，通過對某一PLC與VLC融合系統信道參數進行大量測量并統計，將統計出來的參數數據模擬定義出PLC與VLC融合網絡的信道模型。而“自底而上”的研究方法，首先著手于系統較容易實現的特性，通過由簡單到復雜逐步分析影響融合信道的各個部分，然后利用二端口網絡得到融合系統信道模型，如圖3所示。

圖3 融合系統信道模型

3 結語

電力線通信和可見光通信是當下備受關注的通信方式，也得到了廣泛的應用，但是它們各自也有自身的缺陷。因此，考慮一種新的通信方式——PLC與VLC的融合系統，能夠將這兩種技術結合起來進行通信上網，提高通信速度和質量，是非常具有發展潛力的通信技術。本文以電力線與可見光通信的融合信道特性這一課題為核心展開研究，不僅提出PLC與VLC融合系統的一般網絡結構，在此基礎上得出PLC-VLC融合系統的信道模型。