一、PLC技術(shù)要素
1.電力線網(wǎng)絡(luò)單元(PNU)
它負(fù)責(zé)控制電力線網(wǎng)絡(luò)并從單元配電網(wǎng)集成話務(wù)。通過適當(dāng)?shù)碾娦鸥删€接口,PNU再將話務(wù)傳至饋電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)饋電網(wǎng)絡(luò)中使用的不同介質(zhì),PNU也可轉(zhuǎn)換來自低壓配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)話務(wù)。
2.電源線網(wǎng)絡(luò)終端(PNT)
它為最終用戶PC或其它用戶提供適當(dāng)?shù)慕涌?如以太網(wǎng)或是USB。為了降低成本,這一獨立設(shè)備能夠和PC或其它設(shè)備相集成。
3.偶合設(shè)備(CouplingUnit)
它是將信號傳入線路并過濾噪音的。目前它還是一個插銷插入電插座的相對獨立的設(shè)備,今后它可能會和PLC調(diào)制解調(diào)器集成于一體。PLC調(diào)制解調(diào)器和PC內(nèi)的偶合設(shè)備的集合體有一天將使PC可以直接在網(wǎng)上運行。
配電網(wǎng)是一種共享介質(zhì),即所有與之相連的用戶都共享同一"電纜"。在典型的城市配置中,它則轉(zhuǎn)化為與一個變壓器相連的大約100到200個用戶。PLC系統(tǒng)能夠在1Mbps的最佳傳輸速率下支持80個用戶,這一比例是足夠的。由PLC技術(shù)支持的客戶,需要具備一個技術(shù)條件,具有很強的帶寬分配能力的介質(zhì)接入控制(MAC)層。這就使電力線網(wǎng)絡(luò)不僅僅能夠支持80個Internet用戶的數(shù)據(jù)往復(fù)交換,而且能夠靈活地適應(yīng)以不同速率傳輸?shù)纳闲泻拖滦袛?shù)據(jù)。
二、數(shù)據(jù)信號傳輸技術(shù)
1.數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)(SST)
在目前的實際應(yīng)用中,為了實現(xiàn)用于家庭或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品上的通信與控制網(wǎng)絡(luò),需要更為可靠的多用戶環(huán)境的PL通信技術(shù),擴(kuò)頻載波通信技術(shù)就應(yīng)運而生了。
擴(kuò)頻通信相對于窄帶通信而言具有一定技術(shù)上的優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在抗干擾方面。因為擴(kuò)頻載波信號的帶寬通常較大(幾十至幾百KHz),所以其受干擾的頻率范圍所占比例相對減小,換句話講,就是各種噪聲僅能影響到一小部分所要傳輸?shù)男盘?而大多數(shù)的信號都能夠完整、正確的到達(dá)目的地,所以對于各種類型的干擾都具有較強的抵抗性。對于最常見的脈沖噪聲而言,盡管窄帶通信中的接收器具有較窄的通帶,使得僅有一小部分噪聲能進(jìn)入接收器,但由于此類接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因素,瞬間的脈沖噪聲會使其發(fā)生自干擾,而引起它對傳輸來的信號產(chǎn)生誤操作；而使用低品質(zhì)因素的濾波器又會使通帶帶寬加大,令更多的噪聲進(jìn)入接收器,所以窄帶通信對脈沖噪聲的抵抗性較差。
然而利用擴(kuò)頻技術(shù),當(dāng)接收到具有較大能量的噪聲信號時,接收器會在噪聲的高能部分到達(dá)時自動停止工作,所以接收方僅對一小部分受影響的信號進(jìn)行糾錯解碼即可；另外,擴(kuò)頻接收設(shè)備使用的濾波器具有較低的品質(zhì)因素,因而不會造成系統(tǒng)自干擾,所以擴(kuò)頻技術(shù)具有較強的抗噪能力。
一般來講,目前實現(xiàn)擴(kuò)頻有三種途徑:即直接序列調(diào)制、跳頻載波和利用Chirps掃描頻率進(jìn)行載波。
1)直接序列調(diào)制(Direct-SequenceModulation)
此技術(shù)是將信號的能量平均分布于整個頻帶內(nèi),并通過偽隨機(jī)序列將數(shù)據(jù)流倍加來使信號得以擴(kuò)頻,此序列具有數(shù)倍于所傳信號二進(jìn)制數(shù)據(jù)位率的符號速率。
2)跳頻載波(Frequency-Hopping)
即擴(kuò)頻信號在某一頻率通過延續(xù)一段時間,來代表數(shù)據(jù)的一位、幾位或是一位的一部分。當(dāng)信號在某一頻率上受到干擾時,信號就可切換到擴(kuò)頻帶寬內(nèi)的其他頻率上去,因而大大降低了其受干擾的程度,這種方法對于CW干擾有較強的抵抗性。
3)利用掃描頻率的Chirps進(jìn)行載波
此方法多用于類似于以太網(wǎng)的CSMA網(wǎng)絡(luò),它利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體,每個chirps一般持續(xù)100us,它代表了最基本的通信符號時間(UST)。這些chirps覆蓋了100-400KHz的頻帶,并總是以200-400Khz的頻率開始,繼而以100-200KHz的頻率結(jié)束。由于chirps信號的線性掃描帶寬比信號帶寬要大得多,其線性加速度是較高的,而CW干擾的頻率加速度一般是穩(wěn)定的,所以只要將濾波器設(shè)計成只能通過具有特定角加速度的信號,就可以將CW干擾排除在外。另外,此種chirps波形還具有很強的自相關(guān)特性,這種模糊邏輯的相關(guān)性決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備,可以同時識別從網(wǎng)上任意設(shè)備發(fā)出的這種獨特波形,并且不需要在發(fā)送和接收設(shè)備間進(jìn)行同步。
電力線數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)可以充分利用傳輸頻帶,實現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸。擴(kuò)頻通信可以克服窄帶噪聲影響和多徑影響,因此非常適合電力線通信環(huán)境。
SST技術(shù)容易實現(xiàn),自動選擇高信噪比頻段,抵御瞬間干擾；但碼間干擾嚴(yán)重,需要非線形均衡器。
2.正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OFDM)
正交頻分多路復(fù)用技術(shù)采用多路窄帶正交子載波,同時傳輸多路數(shù)據(jù),每路信號的碼元時間較長,可以避免碼元間干擾。通過動態(tài)選擇可用的子載波,該技術(shù)可以減少窄帶干擾和頻率谷點的影響。
OFDM技術(shù)的應(yīng)用可以追溯到本世紀(jì)六十年代,主要用于軍用高頻通信系統(tǒng)。但是,一個OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,從而限制了其進(jìn)一步推廣。直到70年代,人們提出了采用離散傅立葉變換來實現(xiàn)多個載波的調(diào)制,以軟件方法實現(xiàn)復(fù)雜的OFDM處理,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使得OFDM技術(shù)更趨于實用化。近年來,由于數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的飛速發(fā)展,OFDM作為一種可以有效對抗信號波形間干擾的高速傳輸技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于民用通信系統(tǒng)中。
OFDM技術(shù)已應(yīng)用于高速MODEM和無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。第四代移動通信(4G)中將采用OFDM技術(shù),這使數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到10Mbit/s,目前在無線局域網(wǎng)中也已采用了該技術(shù)。正在籌備之中的數(shù)碼地面波電視播放以及正在開發(fā)中的高速無線LAN""都預(yù)定采用這項新技術(shù)。
正交頻分多路復(fù)用技術(shù)可以提高電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量,即便是在配電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾的情況下,OFDM也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率,而且適當(dāng)?shù)募m錯技術(shù)可以確保可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交,于是它們的頻譜是相互重疊的,這樣不但減小了子載波間的相互干擾,同時又提高了頻譜利用率,還可以抵制等幅波干擾。但OFDM收信機(jī)復(fù)雜,成本高,要求收信大動態(tài)范圍的線性放大,對瞬間干擾敏感。
三、與其他接入技術(shù)相比,電力線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢:
1)充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,無需任何布線,是一種"NoNewWires"技術(shù),節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞,避免了對建筑物和公用設(shè)施的破壞,同時也節(jié)省了人力。
2)可以為用戶提供高速因特網(wǎng)訪問服務(wù)、話音服務(wù),從而為用戶上網(wǎng)和打電話增加了新的選擇,有利于其它電信服務(wù)商改善服務(wù)、降低價格。
3)對家庭聯(lián)網(wǎng)提供支持,使人們可以盡享由PLC技術(shù)帶來的家庭音、視頻網(wǎng)絡(luò),多人對抗游戲等娛樂。
4)是家居自動化的生力軍,通過遍布各個房間的墻上插座將智能家電聯(lián)網(wǎng),提前享用數(shù)字化家庭的舒適和便利。
5)利用PLC的永久在線連接,構(gòu)建的防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng),讓上班族高枕無憂；構(gòu)建的醫(yī)療急救系統(tǒng),讓家有老人、孩子和病人的家庭倍感放心。利用PLC也可提供獨立的數(shù)字化社區(qū)服務(wù)和電子商務(wù),實現(xiàn)家庭辦公和遠(yuǎn)程家電控制。
6)遠(yuǎn)程自動讀出水、電、氣表數(shù)據(jù),使公用事業(yè)公司節(jié)省大量費用,也方便了用戶。
