基于PLC与变频技术的节能应用研究
任学荣
【摘要】 目前，PLC是宽带接入的重要课题，其适合用在写字楼、酒店、学校及居民小区等场所。为了进一步推广PLC宽带通信技术的应用，重视对这一技术的应用性能研究具有重要意义。据此，本文笔者首先介绍PLC接入网络原理，然后再分析PLC的信道特性，最后再探究PLC接入稳定性的测试。测试结果显示，在恶劣环境下，PLC提供的带宽接入性能稳定。
【关键词】 PLC 带宽接入 信道特性 OFDM技术
电力线通信PLC是通过电力线、PLC的局端及终端调制解调器，建立电力线通信系统，即：运用PLC带宽接入技术，在电源插座上插入PLC终端调制解调器，以实现“四网合一”（电力、视频、语音、数据）。早在10年前，PLC的传输速率就已达到45Mbit/s，研发更高速的PLC指日可待。
一、PLC接入网络原理
PLC涉及电力技术、以太网技术及部分通信编码调制技术，其中在OSI的第二层以上，PLC与802.3以太网规范相符。PLC运用的是1M-30MHz频带范围的传输信号，其目前的传输速率是4.5-45M，即：首先，运用OFDM或GMSK调制技术调制用户数据，以保证电力线在电磁干扰环境下的数据传输性能可靠；其次，在电力线上传输；第三，先在接收端用滤波器滤出调制信号，再解调出原通信信号。据此，PLC设备以用户调制解调器、局端设备为主，其中局端的任务是连接外网及与调制解调器通信。PLC传输技术的任务是实现端到端接入，即：借助室内电源线网络，从用户PC传送IP至不同家庭室内入口点的集成器，另一传输段在这一入口点经低压配电网传输数据至供电电源的共用变压器。
二、PLC的信道特性
1、时变性。在我国，居民用电是通过220V交流两线供电，而在低压电网上，不同家庭的用电量与负载量具有不可预知性，且电器的关或开、马达的启或停及负载的切出或接入等具有随机性，因此电力线信道的时变性明显。针对线路信号的确定，不宜运用电压检测法，究其原因是低压电力线对500kHz频率信号在1s内的衰减变化高达20dB及信噪比变化约达10dB。
2、干扰噪声。干燥噪声的频率是10k-100MHz及其功率谱密度的衰减幅度是29dB/decade。通常而言，干扰噪声分为脉冲噪声和背景噪声两种，且都可能增大通信系统的瞬间误码率。研究发现，干扰噪声源自下列方面：一是一些电路及SCR器件发出的50Hz倍频谐波；二是电网与负载不同步产生的干扰，其具有平滑功率谱的特定；三是电子设备在开关时发出的单脉冲噪声。
3、衰减性。电力线信号衰减的主因不是阻抗，而是线上并联负载的类型、大小。通常来讲，信号衰减包括线路衰减、耦合衰减。理论认为，线路衰减是信号衰减的决定因素。实验表明，距离会对信号衰减造成影响，每1km衰减40-100dB，其中也存在地区差异，即：农村地区500m衰减50dB，城市地区200m衰减20dB。
三、PLC数据信号传输技术
1、OFDM技术的原理。对OFDM技术，其采用的是多路窄带正交子载波，可实现多路数据同时传输，且每一路信号具有较长的码元时间，则可防止码元相互干扰；OFDM通过动态选择子载波，可控制频率谷点对其的影响及减轻窄带干扰，这对维持通信系统的稳定状态非常重要。从20世纪70年代以后，OFDM技术的应用日趋实用化，即其可在同一电路线的不同信道上实现数据传输，即：将有效频谱划分成若干频谱相互重叠的OFDM通信子信道，且在空间上，不同子信道的载波以90°相位呈正交关系，详见图1。
2、OFDM技术的优势。1.电力线网络传输质量更高，即：当通信环境存在严重的电磁干扰时，OFDM技术也能保证数据的稳定传输，且能跟踪监控通信特性的异常改变；OFDM技术还能动态地适应通信路径传输数据在时间轴上能力的改变，并能通过切断或接通相应的载波来实现稳定通信。2.OFDM技术可自动测出传输介质上存在较高干扰脉冲或信号衰减的载波，并能采取有效的调制方法来实现载波在制定频率下的稳定通信。3.在高层建筑、信号散播及居民密集等地区，OFDM技术的应用可减轻信号受多径效应的影响。4.OFDM技术能有效对抗窄带干扰或频率选择性衰落，即对于多载波系统，单一衰落或干扰仅会影响到其中一部分载波，且可利用纠错码来纠错。5.OFDM技术能有效对抗信号波形之间产生的干扰，因此适合用在衰落信道和多径环境中实现数据的高速传输。
结语：虽然电力网结构及网络拓扑复杂，但OFDM技术的运用可提供有效的解决办法。总之，在当前的技术水平下，PLC宽带网络接入技术可以满足电网运行及负荷变化的要求，因此其提供给用户的INTERNET接入服务具有稳定性、可靠性的特点。
参 考 文 献
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