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            低壓電力線載波通信(PLC)技術

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            Technology

            低壓電力線載波通信(PLC)技術

            分類:
            電源技術
            作者:
            廣州市愛浦電子科技有限公司
            來源:
            原創
            發布時間:
            2020/04/09
            瀏覽量
            電力載波通訊即PLC,是英文Power line CommunicaTIon的簡稱。 電力載波是電力系統特有的通信方式,電力載波通訊是指利用現有電力線,通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。最大特點是不需要重新架設網絡,只要有電線,就能進行數據傳遞。
            電力載波特點
              PLC的最大特點:
              1、不需要重新架設網絡,只要有電線,就能進行數據傳遞,無疑成為了解決這智能家居數據傳輸的最佳方案之一。同時因為數據僅在家庭這個范圍中傳輸,遠程對家電的控制我們也能通過傳統網絡先連接到PC然后再控制家電方式實現,PLC調制解調模塊的成本也遠低于無線模塊。
              2、相對于其他無線技術,傳輸速率快
              電力載波缺點
              電力線載波通訊因為有以下缺點,導致PLC主要應用--“電力上網”未能大規模應用:
              1、配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用,所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送;
              2、三相電力線間有很大信號損失(10 dB -30dB)。通訊距離很近時,不同相間可能會收到信號。一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸;
              3、不同信號耦合方式對電力載波信號損失不同,耦合方式有線-地耦合和線-中線耦合。線-地耦合方式與線-中線耦合方式相比,電力載波信號少損失十幾dB,但線-地耦合方式不是所有地區電力系統都適用;
              4、電力線存在本身固有的脈沖干擾。使用的交流電有50HZ和60HZ,其周期為20ms和16.7ms,在每一交流周期中,出現兩次峰值,兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾,即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾,干擾時間約2ms,因此干擾必須加以處理。有一種利用波形過0點的短時間內進行數據傳輸的方法,但由于過零點時間短,實際應用與交流波形同步不好控制,現代通訊數據幀又比較長,所以難以應用;
              5、電力線對載波信號造成高削減。當電力線上負荷很重時,線路阻抗可達1歐姆以下,造成對載波信號的高削減。實際應用中,當電力線空載時,點對點載波信號可傳輸到幾公里。但當電力線上負荷很重時,只能傳輸幾十米。
             
            電力載波通信原理介紹
              電力線載波通信調制技術概述
              1、電力線載波通信是指利用現有的電力線,通過載波方式將模擬信號或數字信號進行高速傳遞的技術,在電力線載波通信系統中最基本的一項任務就是根據通信信道的不同選擇不同的調制方式。
              2、一般來說,基帶信號含有直流分量和頻率較低的頻率分量,往往不能作為傳輸信號在信道中直接傳輸,因此,必須把基帶信號轉變成為一個相對基帶頻率而言非常高的帶通信號(已調信號)以適合于信道傳輸。
              3、一個通信系統的質量再很大程度上依賴于所采用的調制方式。調制時為了使信號特征與信道特征相匹配,因此,調制方式的選擇是由系統中信道特性來決定的。顯然不同類型的信道特征,將相應存在著不同類型的調制方式。
             
              電力線載波通信信道的基本特征
              1、時變衰減較大。對于一般用戶,我國采用的是220V交流兩線供電。由于電網上負載的不斷接入和切除,馬達的停止和啟動,電器的開和關燈各種隨機事件,使信道特性具有很強的時變性。
              2、信號變化復雜。實際測量表明在電力線上不同位置并聯諸多不同性質的負載對信號的傳輸影響很大,隨著負載在電力線上的連接斷開,在不同的時刻信號衰減也會表現出不同的特點,即負載的變化是隨機的,所以信號衰減也會隨機發生變化。
              3、干擾噪聲多樣。電力線載波通信的最大干擾是噪聲,其主要來源是電力網上的所有負載、無線電廣播、天電等等。電力線的噪聲在室內和室外有所不同,但大致可分為五類:有色背景噪聲,這類噪聲主要來源于交直流兩用電動機,其功率譜密度隨著頻率增加而減小,變化緩慢;窄帶噪聲,主要由電力線的駐波或諧振和短波廣播所致,其功率譜密度在該頻段內幾乎保持不變;與工頻異步噪聲,來源于電力線上的一些電子設備,主要分布在50Hz~200Hz;與工頻同步噪聲,一般由工作在電網頻率的開關器件造成其噪聲頻率為工頻或其整數倍,持續時間長,頻率覆蓋范圍廣,功率大,功率譜密度隨著頻率上升而減??;突發性噪聲,主要由電器突然開關噪聲,出現的時間是任意的,其噪聲功率譜密度高,持續時間短,頻譜寬。
              總之,針對電力線載波通信信道的以上特點,已調信號應具有高的頻譜利用率、抗噪聲和抗干擾能力強、適宜于在衰落信道中傳輸等特性。高的抗干擾和抗多徑衰落性能,要求在惡劣的信道環境下能夠很好的工作,經過調制解調后的輸出信噪比(S/N)較大或者誤碼率較低。
            低壓電力線載波通信(PLC)技術簡要說明
                 
              低壓電力線載波通信(PLC)技術利用現有低壓供電線路實現數據傳輸, 具有無需重新布線、節省系統建設成本、實用方便等優點, 在自動抄表、照明控制、智能小區、智能大廈、家庭網絡、家居智能控制、家庭安防等方面被廣泛應用。
              從技術上講,PLC是將數據信號調制到一定的載波頻率上(中國低壓電力線載波通信專用頻段為3-500kHz),信號通過電力線傳輸。
            電力線信道特點
             
              由于各種電器的接入, 低壓電力線網絡對于數據通信而言環境十分惡劣。主要表現在:
            ? 線路阻抗低, 衰減大, 而且隨時間不斷變化
            ? 干擾強, 噪聲大, 而且隨時間不斷變化
            ? 典型的干擾和噪聲源包括開關電源, 節能燈, 各種電器等. 而信號衰減則來自線路阻抗, 電器接入阻抗, EMC電容, 相間藕合等.
             
              電力線載波通信調制技術
            ? 合適的物理層調制方式對在電力線載波信道中實現可靠的數據傳輸十分重要。 FSK是一種常用的傳統調制方式, 也可以與直接序列擴頻(DSSS)聯合使用. 這種傳統的單頻調制在抗頻率選擇性干擾的能力上有局限,其次就能實現的通信速率很低,通常在500bps以下。
            OFDM正交多載波調制是一種先進的調制技術,已成為新一代電力線載波通信的主流技術。在500kHz 頻段內實現的OFDM電力線載波通信系統通常稱為窄帶OFDM系統(相對于工作在2-30MHz的寬帶OFDM載波系統-BPLC)。
            OFDM將工作帶寬劃分成多個相互正交的子載波(通常數百個甚至上千個)。經過信道編碼后的數據映射到這些子載波上同時傳送。與上述傳統的調制技術相比,OFDM載波技術具有以下優勢:
            ? 抗噪聲及抗干擾能力強,通信可靠、穩定
            ? 對電力線信道的變化具有自適應能力,當個別子載波受到干擾時仍可能成功通信
            ? 數據速率高,通常在幾十kbps以上
             

             

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