【正文】 向 2M 是 雙絞線 不干擾普通電話使用，頻帶專用不共享，頻寬受距離限制，目前僅在少數(shù)地區(qū)使用，不能組網(wǎng)CATV 10M 取決于本地用戶數(shù)否 同軸電纜 必須擁有現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)接入，并改造為雙向傳輸；在新區(qū)域開辦服務(wù)和鋪設(shè)線路造價高昂：共享帶寬，可組網(wǎng)PLC IM—10M 是 輸電線 無需新線，分布廣泛，接入方便，未完全達(dá)到實用化階段無線(LMDS)8M 是 空氣 需室外天線，易受建筑物阻擋，對天氣狀況敏感 5)可以為用戶提供價格低廉的高速因特網(wǎng)訪問服務(wù)、話音服務(wù)，從而使用戶上網(wǎng)和打電話增加了新的選擇，有利于同其他電信服務(wù)商的競爭。 6)對家庭聯(lián)網(wǎng)提供支持，使人們可以盡情享受由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。 7)利用PLC的永久在線連接構(gòu)建防火、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)建醫(yī)療急救系統(tǒng)，讓家有老人、孩子和病人的家庭倍感方便。 8)遠(yuǎn)程自動讀出水、電、氣表數(shù)據(jù)，為公用事業(yè)公司節(jié)省大量的抄表費用，也方便了用戶。 9)為電力公司提供負(fù)荷控制、需求管理的新手段，提高電力公司管理水平。 10)使電力公司以極低的投資就可以進入ISP、ICP和話音等電信服務(wù)市場，成為新的利潤增長點。電力公司能夠以低廉的價格為用戶提供電信服務(wù)，在電信市場上更具競爭力。 11)實現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、視頻、電力“四網(wǎng)合一” ，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟和社會效益。 輸電線載波通信技術(shù)的發(fā)展方向 從總體來說，輸電線載波通信技術(shù)在向五個方面發(fā)展： 1)從個別用戶到低壓段區(qū)段使用(PLC)，其后段部分采用電話線、光纜、無線等構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)； 2)僅用于低壓部分(ACll0/220V)： 3)室內(nèi)系統(tǒng)正在出籠； 4)室外系統(tǒng)成為研究課題； 5)向家居自動化發(fā)展(需要1Mbps以上速率)。 按速率和載波頻率分為： 1)低速率通信(1KB/S以下)，主要應(yīng)用于長距離(1公里以上)利用25K高壓電線對配電設(shè)施進行控制。 2)中速率通信(150KB/S)，主要應(yīng)用于固定小區(qū)間、樓宇間的數(shù)字通信。包括自動照明控制、消防報警、自動抄表以及數(shù)據(jù)監(jiān)控等系統(tǒng)。 3)高速率通信，(100KBPS以上)主要用于小區(qū)域中的高流量數(shù)據(jù)通信。如電腦網(wǎng)絡(luò)中的打印、文件共享等，—30MHZ。3 輸電線載波通信可行性分析 低壓輸電線載波信道分析 要在干擾嚴(yán)重的低壓輸電線上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信并非易事，因此在整個系統(tǒng)設(shè)計之前有必要分析輸電線載波的可行性，認(rèn)識輸電線載波方式區(qū)別于其他通信方式的特殊性，了解低壓輸電線信道特性。這樣才能選擇用何種調(diào)制解調(diào)方式及采用何種通信協(xié)議。為整個系統(tǒng)最終設(shè)計的成功打下良好的基礎(chǔ)。 對于所有的通信信道，阻抗、信號衰減、相移和干擾是決定其性能的基本參數(shù)，而且是在分析信道性能時所無法避免且要面對的問題。在我們使用輸電線作為信號傳輸媒介之前，需要輸電線的這些信道特性進行分析。 由于10KV以上中高壓輸電線信道環(huán)境較好，利用10 kV以上中高壓輸電線為信號傳輸通道的輸電線載波電話已經(jīng)獲得了廣泛使用，對高壓輸電線進行高頻信號傳輸?shù)难芯恳呀?jīng)非常深入和成熟。在220V/380V低壓線上進行信號傳輸，與高壓輸電線載波通信相比卻有較大區(qū)別：突出表現(xiàn)在工作環(huán)境惡劣、線路阻抗小、信號衰減強(電力負(fù)載有對載波通信信號近似短路)、干擾大且時變性大等特點。因此，對于低壓輸電線載波信道，有必要進一步具體分析。 輸入阻抗是表征低壓輸電線傳輸特性的重要參數(shù)。研究輸入阻抗，對于提高發(fā)送機的效率，增加網(wǎng)絡(luò)的輸入功率有重要意義。低壓輸電線一般由良導(dǎo)體加工而成，本身阻抗小。對不同頻率的信號，其阻抗略有變化但相對穩(wěn)定，因此輸電線本身的阻抗不是產(chǎn)生衰減的主要原因。 但研究表明低壓輸電線上的輸入阻抗與所傳輸?shù)男盘栴l率密切相關(guān)。在理想情況下，當(dāng)沒有負(fù)載時，輸電線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線。由于分布電感和分布電容的影響，傳輸阻抗會隨著頻率的增大而減小。當(dāng)在輸電線上有負(fù)載時，所有頻率的傳輸阻抗都會減小。但是，由于負(fù)載類型的不同，使不同頻率的阻抗變化也不同，所以實際情況非常復(fù)雜，甚至使傳輸阻抗的變化不可預(yù)測。3. 2 輸入電線的輸入阻抗也會發(fā)生較大幅度的改變 由于低壓輸電線輸入阻抗的劇烈變化，使發(fā)送機功率放大器的輸出阻抗和接收機的輸入阻抗難以與之保持匹配，因而給電路設(shè)計帶來很大的困難。 在低壓輸電線上進行數(shù)據(jù)通信時的另一個需要認(rèn)真研究的重要問題是輸電線上干擾的特殊性質(zhì)。輸電線上的干擾可分為非人為干擾和人為干擾。非人為干擾指的是一些自然現(xiàn)象，如雷電在輸電線上引起的干擾。人為干擾則是由連接在輸電線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，并對數(shù)據(jù)通信有更嚴(yán)重的影響。 為了表示這種干擾的復(fù)雜特性并簡化分析，我們可以近似地將其分成：周期性的連續(xù)干擾、周期性的脈沖干擾、時不變的連續(xù)干擾和隨機產(chǎn)生的突發(fā)性干擾等。通常情況下，前兩類干擾占主導(dǎo)地位。 首先說明低壓輸電線上的周期性干擾。在以前的研究中發(fā)現(xiàn)，諧波噪聲以交流電頻率(fk)的整數(shù)倍出現(xiàn)，因此我們有理由相信干擾也會存在周期性的傾向。產(chǎn)生這種周期性干擾的原因是由于許多用電設(shè)備會在工頻交流電基波的某個固定相位上釋放出干擾 信號的頻譜特性。 干擾信號的頻譜非常不規(guī)則，存在許多突變，有些頻率信號的強度很高，有些則很低。因此，這種周期干擾主要是由大量的高頻干擾組合而成的。由于通常使用的輸電線載波通信設(shè)備的工作頻率都在10KHz以上；所以這種干擾必然會對它們的正常工作產(chǎn)生很大的影響。如果不采取措施，這各干擾可能引起幾個到十幾個數(shù)據(jù)位的傳輸錯誤。 消除這種干擾的困難有兩點；首先，由于無法對這種干擾的周期、寬度、強度和發(fā)生時間等做出準(zhǔn)確的預(yù)測，而且這些參數(shù)的變化范圍可能很大，所以很難有針對性地采取措施抑制這種干擾；其次，由于這種干擾的頻譜非常寬，所以對接收端濾波器的靈敏度的要求很高。 另外，有許多大功率的用電設(shè)備，如電機等，會在電網(wǎng)上產(chǎn)生很多的高次諧波。這些高次諧波只存在于工頻的整數(shù)倍的頻率內(nèi)，但是能量較大；且頻率有可能延伸到幾萬赫茲。如果信號頻率正好與它們重疊，則對通信的可靠性會產(chǎn)生很大的影響。 在實際情況下，由于有大量的用電設(shè)備同時釋放出干擾，而這些干擾的瞬時功率、周期、相位等又變化很大，各不相同，因此最終會在輸電線上產(chǎn)生時不變的連續(xù)干擾潮。幅值較低的連續(xù)干擾就屬于這種干擾。這種干擾表現(xiàn)為平均功率較小，但是頻譜很寬而且持續(xù)存在。由于信號在輸電線上傳輸?shù)乃p非常大且富于變化，而且干擾頻譜有可能部分或完全覆蓋信號頻譜，因此，在通信過程中的信噪比可能會變得很低，通信誤碼率增加。其次，來看低壓輸電線上的隨機性干擾。除了上述的周期性和連續(xù)性的干擾外，輸電線上還存在許多隨機發(fā)生的干擾。這種隨機干擾通常是由于高壓開關(guān)的操作、雷電、較大的負(fù)荷變化、輸電線路上的短路故障等引起的，往往是能量很大的脈沖干擾或脈沖群干擾，持續(xù)時間較短，但是能量很集中，頻譜也很寬。 高壓開關(guān)的斷開和閉合在輸電線路上導(dǎo)致的暫態(tài)過程會產(chǎn)生一系列的電磁脈沖(脈沖群)，而這一暫態(tài)過程受多種因素影響，分散性極大。雷電會在輸電線路上產(chǎn)生能量很大的電流和電壓脈沖，電流峰值可達(dá)到幾千安培，電壓峰值可達(dá)到幾萬伏。雷電波沿線路侵入變電站，并通過一、二次系統(tǒng)間的各種耦合或接地網(wǎng)進入二次回路。這樣的雷擊過電壓在低壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳播時，遇阻抗不同的節(jié)點時將發(fā)生反射，產(chǎn)生振蕩波，其頻率和傳播速度與電路內(nèi)的各種參數(shù)有關(guān)。顯然，這種脈沖會對載波通信產(chǎn)生很大的影響。另外，低壓輸電線路上的各種大功率負(fù)載的突然開關(guān)、大功率電機的啟停過程、功率因數(shù)補償電容器的投切以及短路、故障切除和重合閘等都會引起電壓、電流的突變和諧波分量的增加。而在離接收機近距離的范圍內(nèi)；某些中小功率的負(fù)載，如日光燈、計算機等的開關(guān)也會產(chǎn)生較大的突發(fā)脈干擾而影響通信。 上述這些干擾的持續(xù)時間較短，從幾十微秒到幾秒不等，強度大小也不等，出現(xiàn)時間也是隨機的，具有限大的不可預(yù)測性。如果它們正好在發(fā)生在數(shù)據(jù)通信過程中，由予其高能量、寬頻譜的特性，通常會使所傳輸數(shù)據(jù)的若干個位甚至整個數(shù)據(jù)傳輸過程發(fā)生錯誤。在一個完善的低壓輸電線載波通信系統(tǒng)中，可以通過前向糾錯碼、自動重發(fā)機制、數(shù)據(jù)預(yù)取機制等措施加以克服。 再次，來看低壓輸電線上的多變性干擾。出于與信號衰減多變性同樣的原因；低壓輸電線上的干擾也存在多變性。這種多變性表現(xiàn)在兩個方面。首先是固時而變，即在不同時刻，干擾的頻率。強度都各不相同。對于一般的用戶，我國采用的是220V交流兩線電。由于電網(wǎng)上不斷有接入、切出，電機的停止、啟動，電器的開關(guān)等各種隨機事件；使其表現(xiàn)出來的信道具有很強的時變性、低壓輸電線在一秒內(nèi)可對某頻率的衰減變化達(dá)到20dB，而且在一秒內(nèi)信噪比(SNR)也可達(dá)10dB左右。其次是因地而變，即在不同的低壓電網(wǎng)之間，干擾情況各不相同：而在同一個低壓電網(wǎng)之內(nèi)，不同地點的干擾情況也不相同。前者是因為在不同的電網(wǎng)之間，連接的負(fù)載、線路情況、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等都不同，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的各種參數(shù)都不同，則必然會影響干擾的分布。后者是因為干擾在輸電線上的傳播也要遵循高頻信號在輸電線上的傳播特性，會受到輸電線上衰減特性的影響，因而對距離、負(fù)載分布等也很敏感。因此，輸電線上干擾的因地而變的特性對低壓輸電線載波通信系統(tǒng)也會有很大的影響。高頻信號在低壓輸電線上的衰減是低壓電為線載波通信遇到的一個實際困難。對高頻信號而言，低壓輸電線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的負(fù)載在這根線上的任意位置隨機地連接或斷開。因此高頻信號在低壓輸電線上的傳輸必然存在衰減。顯然，這種衰減與通信距離、信號頻率等都有密切的關(guān)系。 總的來說，信號傳輸越遠(yuǎn)，信號衰減就越厲害。但是，由于輸電線是非均勻不平衡的傳輸線，接在上面的負(fù)載的阻抗也不匹配，所以信號會遇到反射、駐波等復(fù)雜現(xiàn)象。這些復(fù)雜現(xiàn)象的組合，使信號的衰減隨距離的變化關(guān)系變得非常復(fù)雜，有可能出現(xiàn)近距離點的衰減比遠(yuǎn)距離點還大的現(xiàn)象。對于民用電網(wǎng)，其三相電源所接的負(fù)載大小和性質(zhì)都不相同，所以同樣強度的信號在三相上的衰減也不同，這種現(xiàn)象有時就表現(xiàn)為接收機和發(fā)送機的位置不變，接在不同相上，通信的誤碼率不同。 信號頻率與信號衰減有著直接關(guān)系，電容器對低電壓輸電線載波通信系統(tǒng)也有重大影響。而且高頻信號在低電壓輸電線上傳輸時，其衰減隨工頻電源的相位而變化。有時高頻信號在工頻電源的某個相位范圍內(nèi)會發(fā)生較大的衰減變化。在這個相位范圍內(nèi)，信號衰減有可能會減小幾個分貝，或是增大幾分貝到十幾分貝。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，可能是因為一些工作于開關(guān)狀態(tài)的設(shè)備，如開關(guān)電源等，在工頻交流電的一定相位時打開開關(guān)器件，于是就將輸電線連接到了后面的電路上、這些電路上通常含有大容量的電容器或大功率的負(fù)載，所以會引起高頻信號衰減的急劇變化。而且大多數(shù)的開關(guān)電源都在一次側(cè)接有補償電容，雖然電容量較小，但是由于數(shù)量較多，所以其影響不容忽視。除此之外；開關(guān)電源會向輸電線上施放大量高頻干擾，從而影響通信系統(tǒng)的工作。另外，接收機所處的位置不同，信號的衰減也不同、在某些負(fù)載，如電視機、計算機等的旁邊，高頻信號的衰減往往會增大許多。 從以上分析可以看出：就總體而言，輸電線上的衰減隨著頻率的增加而增加。但在某些頻率，由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線效應(yīng)的影響，衰減會出現(xiàn)突然的迅速增加。同時，信號傳輸距離對信號衰減程度也起著決定性的影響，隨著距離的增加；衰減會迅速地增加。在跨相傳播時，衰減一般比同相傳播要大10dB以上，但有時也會有例外。隨著工頻交流電相位的變化，高頻信號的衰減也會出現(xiàn)周期性的變化。在不同的時間段、不同的地點，衰減幅度也不同，有時變化會很大。 輸電線載波通信的特點 高壓載波路由合理，通道建設(shè)投資相對較低 高壓輸電線路的路由走向沿著終端站到樞紐站，再到調(diào)度所，正是電力調(diào)度通信所要求的合理路由，并且載波通道建設(shè)只需結(jié)合加工設(shè)備的投入而無須考慮線路投資，因此當(dāng)之無愧成為電力通信的基本通信方式，尤其在邊遠(yuǎn)地區(qū)更是這樣。輸電線載波通道往往先于變電站完成建設(shè)，對于新建電站的通信開通十分有利。為此，只要妥善解決輸電線載波信道的容量問題，載波通信的優(yōu)勢就會顯現(xiàn)出來。在中壓配電網(wǎng)載波和低壓用戶電網(wǎng)載波中，節(jié)省線路建設(shè)費用，無須考慮破壞家庭己裝修環(huán)境，也仍然是載波通信的優(yōu)勢。，傳輸容量相對較小 在高壓電網(wǎng)中，一般考慮到工頻諧波及無線電發(fā)射干擾，輸電線載波的通信頻帶限制于40～500kHz之內(nèi)，按照單方向占用4kHz帶寬計算，理想情況下一條線路可安排115條高頻載波通道。但由于輸電線路各相之間及變電站之間的跨越衰減有限(13～43dB)，不可能理想地按照頻譜緊鄰的方式安排載波通道，因此，真正組成輸電線載波通信網(wǎng)所實現(xiàn)的載波通道是有限的，在當(dāng)今通信業(yè)務(wù)已大大開拓的情況下，載波通道的信道容量已成為其進一步應(yīng)用的瓶頸問題。盡管我們在載波頻譜的分配上研究了隨機插空法、分小區(qū)法、分組分段法、頻率阻塞法及地圖色法和計算機頻率分配軟件，并且規(guī)定不同電壓等級的輸電線路之間不得搭建高頻橋路，使載波頻率盡量得以重復(fù)使用，但還是不能滿足需要。近來隨著光纖通信的發(fā)展和全數(shù)字輸電線載波機的出現(xiàn)，稍微緩解了載波頻譜的緊張程度。在10kV中壓配電網(wǎng)和低壓用戶配電網(wǎng)中，除了新上的載波信號之外，不存在其它高頻信號，并且一般為多址傳輸，因此通道容量問題并不突出。 可靠性要求高 有兩個原因要求輸電線載波機具有較高的可靠性，一是在電力系統(tǒng)中傳輸重要調(diào)度信息的需要；另一是電壓隔離的人身