低压配电网通信技术及应用介绍 雷锡社刘敏 (兰州大学兰州730000)(三峡大学电信学院宜昌443002) 摘要：在简要说明低压电力线载波信道的传输特性的基础上，主要介绍了利用低压电线进行数据通信的几种方式并分别说明了各种方式的特点和应用场合。最后对电力线载波通信技术的发展提出了自己的看法。关键词：低压电力线；传输特性；载波通信1引言利用现有的电力网作为信道，实现数据传递和信息交换具有十分广阔的前景。电力网络是已有的最广泛的有线网络，电力网络比任何其他的有线通信网络更加稳定和现代化。然而，电力线不同于光纤、同轴电缆、双绞线等专用的通信媒质，它的主要功能是电力传输，即传送50Hz工频信号，所以电力线的设计不可能兼顾高频通信的技术要求。特别是低压电力线，其环境是一种恶劣的信道环境，线上存在大量噪声，负载多，配置情况复杂，而且负载工作状态在随时变化，导致电力线传输特性是时变的。随着现代通信技术、网络技术及相关的数字信号处理技术的快速发展，利用低压电力进行数据传输已逐渐成为现实，并开始服务于人们的日常生活。2低压电力线载波信道的传输特性通信信道的阻抗、信号衰减和噪声干扰是设计通信信号方式、错误控制码和通讯协议的基础。因而在使用电力线作为信号传输媒介之前，有必要对它的信道特性分析。低压电力线上输入阻抗的变化：由于低压电力线上的负载的数量、类型不同以及分布电容、电感等的影响，使电力线上输入阻抗随着信号频率变化的情况变得非常复杂，甚至不可预测；低压电力线上高频信号的衰减及其变化：对高频信号而言，低压电力线是一根非均匀分布的传输线，各种不同性质的负载在这根线的任意位置随机地连接或断开，因此，高频信号在低压电力线上的传输必然存在衰减。这种衰减与通信距离、信号频率等都有密切关系；低压电力线传输噪声和干扰特性：低压电力线上的干扰特性相当复杂，经研究发现，低压电力线上的干扰不能被简单地认为是可加性高斯白噪声，低压电力线上的干扰还具有多变性，表现为因时而变、因地而变，后者是由高频信号在传输线上的波过程产生的行波、谐振等方面造成。从以上的简要分析可以看出，低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂，而且随机性、时变性大，这对低压电力线载波通信设备的设计提出了很高的要求，即要求其有很好的自适应能力。但同时，出于实用的角度，为了获得合理的性价比，又要求其成本要限制在一定的范围内。这些对系统的设计而言是一个很大的挑战。3几种低压电力线载波通信方式介绍尽管低压电力线载波通信存在上述所说的这些困难，我们仍然认为用低压电力线作为通信信道是可行的，只是需要采用一些特殊的技术手段。下面将要介绍的几种通信方式就是充分利用低压电力线信道的特点，结合新兴的信号分析处理技术，在低压电力线上进行可靠的数据通信。3.1窄带及超窄带载波通信方式这种通信方式主要是基于电力传输线上的电磁干扰都具有—定的带宽，其功率虽然很大，但在任一窄带通道内的值却很小的原因，在窄带通道内实现以小的功率获得大的信噪比。其特点简要说明如下：3.1.1窄带载波通信方式这种通信方式主要有：模拟的FM，数字的FSK及QPSK，国内主要应用的是FSK调制技术。传统窄带载波FM通信方式是一项成熟的传统技术，其在电力线模拟通信方面已达到实用标准，能够做到在电力线上跨相位甚至跨变压器进行通信，价格低廉且较为容易实现，所以在应用中比较普遍。但该传统窄带载波FM通信方式最大的缺点是不能进行数字信号的传输或者说在对数据信号传输时会引起信号的严重畸变。利用现代数字信号处理技术和能信技术、信息编码技术对传统窄带载波FM通信方式进行改进后，可在高干扰、高畸变的环境中准确无误地传输数据信息。目前低压电力线载波的许多应用仍旧属于FSK调制解调方式。数据传输率一般为1.2kb/s。但是窄带载波通信方式的抗干扰能力比较弱，传输距离较短（一般在500m以内），数据传输率也比较低，所以一般适用于传输速率低，距离短，数据量不大的点对点场合。低压电力线MODEM也属于窄带载波通信技术，现已有信号传输率达10kb/s的产品。3.1.2超窄带载波通信方式超窄带信号具有极窄的带宽，比通常的窄带小得多，相邻两路信号之间的频率间隔也可很小(0.01Hz以下)。因此，在一个几赫兹窄频带内可以传送成千路信号。每路信号经同一载波调制后发送到输电线上，由接收部件解调并分离出各路信号，转换成数据信息。采用超窄带信号传输有以下几方面的优点：窄带和低功耗(2W)，且各个发送器同时工作；每个发送器只需发送数据，接收器接收站内所有信号，发送设备简单、安装方便；信号传输距离长，安全可靠。窄带通信的不足之处是信息传输速率低，对超窄带信号来说，其传输速率则更低。3.2双向工频通信方式双向工频自动通信技术（TWACS，TwoWayAutomaticCommunicationSystem）是近几年内发展起来的一种基于电力配电网络的通信技术，非常适合于传输速率要求不高的场合，其特殊的调制原理和传输方式决定了这种技术的广泛应用前景。采用TWACS通信系统不需要改造现有的电力配电网络，成本低廉，无需增加中继环节，可以直接进行跨变压器台区通信，具有很高的实用价值。简单地说，TWACS的信号调制原理就是利用工频电压基波过零调制的方法实现信号的调制和解调，其核心思想就是利用电网电压和电流波形的微小畸变来携带信息。由于TWACS通信调制信号频率接近于工频，因此能够直接跨变压器台区实现双方的直接通信而不需要中继环节，没有驻波和盲区现象。这种通信方式具有所需设备少、抗干扰能力强、所需调制功率小、易于实现完全双工通信等优点。其主要缺点是传输速率低，只能适合于传输速率要求不高的场合。3.3扩频载波通信方式扩频通信（SSC：SpreadSpectrumCommunication）技术是一种宽带信息传输模式，扩频技术就是将要传输的信息(本质)用伪随机码进行调制，然后以功率很低但频带很宽的信号发射出去，将信息频带展宽，使其在更宽的频带内传输，而在接收端通过相关接收设备恢复原始信息。同时，降低单位带宽上的功率谱密度，使信息更不易被截获。噪声信号通过带通滤波器滤除，使干扰得到抑制。信号频带的展宽是通过编码与调制来实现的，而与所传信息数据无关。其实质是牺牲信道带宽换取对信噪比的要求。由于它具有天生的超强抗干扰性，因此特别能够适应低压电力网络中复杂变化的各种干扰和噪声，有着其他通信模式所无法比拟的优越性。就低压电力载波通信而言，应用扩频通信的主要优点如下：(1)抗干扰能力强，适合在低压电力线这样的恶劣通信环境下实现可靠的数据通信；(2)可以实现码分多址(CDMA：CodeDivisionMultipleAccess)技术，在低压配网上实现不同用户的同时通信；[1][2][3]下一页
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