电力线载波通信技术的和应用

摘 要：随着社会生活水平的提高,通信技术在人们的生活中扮演着不可缺少的重要角色.实时、高速、可靠的通信技术才能满足人们日益频繁的信息交流,但是要新建能满足当前需求的通信基础设施将花费巨大的人力和物力,并且还不能跟上需求的增长速度.电力系统输电线路错综复杂,遍布全球,有线通信具有稳定可靠的传输数据的特点.因此,在电力线上使用载波通信技术将大大减少资源的消耗,同时也能满足高速可靠的通信技术要求.文章介绍了电力线载波通信技术的发展现状,分析了该技术在应用中经济可靠的优点和噪音、信号衰减以及干扰的缺点,详细阐述了该技术噪音干扰问题产生的原因,提出了一些提高电力线载波通信可靠性的措施,最后举例说明电力线载波通信技术的实际应用.

关 键 词：电力线；载波通信；发展现状；信号衰减；可靠性

中图分类号：TM73文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）20-0129-02

电力线载波通信技术是利用整个电力系统的输电线路作为数据传输的载体的一种新型通信模式,这种技术不需要重新架设数据传输通道,可实现点对点的数据传输,具有很好的经济性和便利性.

1电力线载波通信的发展及现状

电力线载波通信技术出现于20世纪20年代,40年代电力线载波技术最初应用在我国的长距离电力调度的通信中,60年代我国开始自主研发第一代电力载波机,80年代中期由于单片机和集成化的出现和发展,出现了小型化功能多的第二代载波机,90年代中后期出现了利用数字信号处理技术的第三代电力载波机,具有了软件调制、滤波、限幅和自动增益的功能.

进入21世纪,我国输电线路架设脚步加快,为电力线载波通信技术的发展提供了广阔空间.2001年底,“电力线高速数据通信”技术的核心产品―电力调制解调器及多个相关产品成功研发,其传输速率可以达到10Mbps；到2005年,北京已经有五500多个居民小区覆盖了由电力线宽带接入的实验网络,电力线宽带用户多达4万多户.2010年国内首个电力线载波通信实验室投运使用,大力为研发我国智能用电怎么写作关键电力线通信设备.到如今,我国高中压输电线路载波通信技术已经比较成熟,低压配电网由于其结构复杂、线路多、阻抗大等特点使得载波通信技术在其上应用还有较多难点需要攻克.

2电力线载波通信的优点和不足

2.1电力线载波通信的优点

电力系统输电线工作运行条件苛刻,具有很高的可靠性、自愈性、快速反应能力以及高覆盖率等特点,使用输电线作为通信媒介,可以不占用无线频道资源、无需布线、省工省钱、维护简单,为输电线载波通信技术提供了其他通信无法比拟的优点.

2.1.1高覆盖率

电力系统网高中低压各级的输电线路联络全国各个省市配电网遍布了每个家庭每个房间,使用这些线路进行载波通信传输信号将比无线通信技术拥有更高的覆盖率.因为无线通信技术会在一片区域内建设一定数量的无线发射塔,不仅在某些偏远地区会出现没有信号的情况,在人口密集的地方同样会出现信号弱或者信号被屏蔽无法连接的状况.

2.1.2运行可靠经济

电力输电线作为主要适用于电力的输送,要求必须能承受非常恶劣自然环境和电磁环境,不易因外力中段线路,使用年限长远.以此作为通信载体较之于专门的有线通信,具有运行可靠、使用年限久、无需重新架设线路、运行维护方便的优势,大大减少了通信的成本,具有很好的经济宏观性.

2.1.3传输速度快

电力线载波通信有高速和低速之分,各有其长.低速电力线载波通信主要应用在配电网自动化和部分地区载波抄表中,高速电力线载波通信主要应用在智能配电网高级测量体系和用户侧电力线增值业务.电力线载波的数据传输速率是有线数据传输,比无线传输速度快很多,其传输速率目前可以达到4.5～45Mbps.

2.1.4实时性和双向通信

电力线载波通信可以实现一直在线,且可以实现双向通信,同时保证数据的传输和下载.

2.2电力线载波通信的不足

同样,由于电力系统输电线其自身的特点,会对载波通信造成一定的局限性,这方面主要体现在输电线路有自身波阻抗,会产生热损失和辐射等,信号在传输时会有一定的衰减和损耗,且随着频率和距离的增加,衰减的程度也会增加.另外,输电线路有成千上万的节点,节点两端的输电线路很有可能波阻抗是不相同的,因此信号在输电线中传输会发生多次折反射,导致信号不能完全的传输到下一段输电线路,形成多径折反射衰减.同时由于输电线路主要是用于电力输送,输电线上面会存在游离放电电晕、绝缘闪络、断路器重合闸以及检修线路等情况.这不仅会给通信信号造成噪声干扰,还会出现通信信号的中断的情况.

因此,电力线载波通信将面临信号衰减,噪声、强脉冲干扰等问题.必须采取相应的手段和措施对干扰进行改善,否则电力线载波通信技术的优点将不能完全体现出来.

3电力线载波通信可靠性提高措施

电力线载波通信信道的噪声干扰和衰减性能,这些对电力线通信的可靠性影响很大.必须采取相应的措施来对其可靠性进行提高,具体有提高网络层可靠性的组网措施和提高数据链路层可靠性的差错处理机制等方法.

3.1组网措施

电力线组网主要是为了确保网络中集中收发器和每个通信终端都能够实时的进行数据的相互传输.在理论网络中,主要有线形、星形和树形三种网络拓扑结构,但是由于配电网络错综复杂,现实中的网络层是多种拓扑结构糅合在一起的复杂网络.因此其组网也显得十分复杂,可以使用自动组网的方法：定时的发送和接收每个通信节点的数据信息包,中心节点负责统计、分类以及判断数据包的内容是否有效,实时更新记录能连接的信息包.该方法使得载波通信节点可以随意的切换工作状态,并且不会引起数据的丢失,提高了网络层的可靠性.3.2差错处理机制

在通信传输系统中一般都会使用差错处理机制来提高数据传输的可靠性,例如在数据传输时在数据中加入校验编码,接收端接收到数据后只用对校验编码进行核对比较,如果出现错误将会再次重新传输,这种方式能过实现自动判断错误,提高了数据传输的正确性,在数据链路层提高了电力线载波通信的可靠性.

4电力线载波通信技术应用

电力线载波通信因其利用现有的电力线为通信媒介,不需重新铺设通信线路,覆盖面广,成本低,维护简单的特点,现在已经有较多的实际应用范例.在远程抄表、家居智能网络以及医疗体系领域有了较为成熟的使用.

4.1远程抄表

我国远程抄表出现在20世纪80年代,但是在随后的20年内进展不大,直到21世纪初电力系统和计算机技术的大力发展,才逐渐的走向实用阶段.远程抄表由终端电表、采集器、收集器和中心控制计算机组成,可实现远程停送电、收集用水电量等功能.该技术的应用使得抄表人员的工作量大大减少.

4.2家居智能网络

随着人们生活水平的提高,对家居生活的质量要求越来越高,需要建立一个智能化的家居网络.在分布住处各个角落的微控制器和家电内部安装电力线载波通信芯片,以室内的电力线为通信媒介,将他们连成一个网络,不用布设信号线和双绞线和红外等接口,就可以有效的实现家居的智能化.

4.3在医疗体系中的应用

利用已有的电力线网络,在医院和家庭之间建立起医疗监控网,实现重病监护功能,病人的血压、心率等信息可以通过电力线监控网传送至医疗单位,进行分析、处理和监护.

5结语

随着社会生活水平的提高,通信技术在人们的生活中扮演着不可缺少的重要角色.实时、高速、可靠的通信技术才能满足人们日益频繁的信息交流.成熟的电力系统网络覆盖全国每家每户,电力线布设到每个房间,运用电力线载波通信的技术具有广阔的应用前景.但是在低压电力线载波通信技术方面还有一些需要提高的地方,例如如何增强模拟前端自适应滤波和自适应均衡以适应时变的、大范围的线路衰减和线路阻抗的变化.同时还需要大力研发成本低、功能齐全、使用可靠地载波通信芯片.