浅谈电力线通信技术江远明许炎英

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 [1**********] [1**********] 指导老师 刘建成

完全日期 2012年4月25日

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，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。

3．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的不同而4.5M~45Mbps

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。

(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)不能解决传输带宽的问题

PLC与电话线上网从本质上来讲并没有区别，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、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1.6M~30M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4.5M~45M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。

(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

1一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：

1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频率带宽的1024个载波上 3 采用模拟前端对信号进行滤波和自适应功率放大

4 将PLC信号接口耦合电力线进行传输

接收端：

1 将电力线上用正交频分复用（OFDM）调制到2M-28M（4.3-20.9MHz）频率带宽的1024个载波信号从PLC接口提取出来

2 对提取出来的PLC信号进行滤波和自适应功率放大后调解

3 进行A/D转换，还原为以太网数据从以太网接口输出进行传输，实现借助电力线传输数据。 在电力线通信端具有网络配置、网络诊断和分析、应答的功能

工作原理框图

MPCP【多点控制协议】

无线电力猫上电后，会自动搜索局端电力网桥；

下行方向：时分复用技术(TDM)广播到每个电力猫终端；

上行方向：采用时分多址接入技术（TDMA）和载波检测多路复用（CSMA）传输。

电力线通信架构

六、电感耦合器

6.1 电感耦合器介绍

6.1.1因为电力线宽带通信的高频信号经过电表等计量设备时，会产生严重的衰减，为克服这一问题，可采用电感式耦合器。绕过计量设备实现高频信号与电力线的耦合。电感式耦合器在安装时没有方向性，但其闭合程度的好坏直接影响到信号注入效果。

6.1.2每个型号的耦合器都有特定的参数，各型号的耦合器不可混用和替代使用。

6.1.3根据电力线线径，垫高耦合器有多种规格可以供选择，其中内径为13mm的耦合器如图所示，信号耦合衰减特性如图所示。

6.2 电感耦合器安装方法

6.2.1打开信号耦合磁环连接扣，耦合磁环分开为相连的两个空心半圆柱；

6.2.2将耦合线绕在其中任一半圆柱上，可多绕1-2圈，以增加耦合效果；

6.2.3把绕有耦合的磁环分别卡在火线和零线上。

总结：

其一，电力线上网作为一个新生的事物，虽然面对的是激烈的市场竞争，最近国电科技推出

的200Mb/sPLC接入解决方案不仅具有布线简单、电磁辐射低、价格便宜等优点，更在接入带宽和稳定性方面有了重大突破，具有强大的市场竞争力和广泛的市场应用前景。200Mb/sPLC接入解决方案一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。

其二，针对目前高速PLC通信系统中存在的问题，加以研究和克服，这是各国同行们所努力投入和关注的。例如，利用位于中压变电站和低压变电器之间的中压配电网传输高于10Mb/s信号，越来越被人们所重视。

其三，无论速率提升受到何种程度限制，分布极广。渗透到每个家庭、每座工厂、每幢大楼的电力线资源，充分地将通信潜力能发扬广大，这是人类通信史上重大进步，其前景肯定是光明的。

参考文献：

[1]京信通信官网 http://www.comba.com.cn/

[2]腾讯科技网 http://tech.qq.com/

[3]百度百科 http://baike.baidu.com