电力载波通信(PLC)技术的探讨

【摘要】电力通信网同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。本文旨在对电力载波通信（PLC）的应用技术进行探讨。

【关键词】电网；调度业务；电力载波通信；PLC；通信方式

【中图分类号】TN914

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0098-01

1　引言

电力通信网对通信的可靠性保护控制信息传送的快速性和准确性具有极高的要求。电力载波通信（PLC）一直是电力通信的主要通信方式，它是利用电力线作为介质传输信号的一种通信手段。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。高速电力线通信采用单载波类、正交频分复用（OFDM）和扩展频谱类（主要应用CDMA）三类调制技术。下面主要对OFDM与CDMA做比较，并得出结合二者的MC-CDMA技术。

2　正交频分复用（OFDM）在PLC中的应用

正交频分复用（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing，OFDM）技术由于其低成本、性能高，依然是现今广泛使用的一种调制方式，应用在电力线载波通信上，使电力线上的高速数据通信成为可能。如何根据电力线介质高频段采用合适的调制技术及相应的编码、均衡、同步及自适应技术在合适的频带上实现告诉电力线通信是非常重要的。OFDM利用IDFT（离散傅里叶逆变换）和DFT（离散傅里叶变换）或者WFT和FFT基带调制实现正交频分复用发送与接收，可以方便地使用数字信号处理器来时实现，采用保护间隔和循环缀来抗多径，从而有效地降低ISI（码间干扰）和ICI（信道间干扰）。OFDM将高速行数据流转化为低速并行数据流，再将这些并行数据调制在相互正交的子载波上，实现并行数据传输。虽然每个子载波的信号传输速率并不高，但是所有字信道合在一起可以获得很高的传输速率。OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道实现上下行链路中不同传输速率，最大限度地利用频谱资源，可与多种接入方法结合使用，构成OFDMA系统，其中调频OFDM、多载波码分多址MC-CDMA、OFDM-TDMA等，使得多个用户可以同事利用OFDM技术进行信息的传输。但OFDM与单载波系统相比，频率偏差容易对其产生影响，存在较高的峰值平均功率比。

3　扩频通信（CDMA为主）在PLC中应用

CDMLA为除了OFMA技术的另外一种宽带电力线通信的实现方法。传输速率一定的条件下，增加频带宽度可降低传输信号的噪声比，可增加系统的抗干扰能力。在PLC中，chirp扩频稍有应用，但主要还是CDMA技术，原理为伪随机码在发端进行扩频，在收端用想相同的码序列进行解扩，再将展宽的扩频信号还原成原始信息。CDMA保密性好，具有多址能力，易于实现码分多址，有抗衰落、抗多径干扰的能力。应用直接序列码分多址（DS-CDMA）技术，对各种频率选择性干扰、白噪声以及窄带干扰等都有较好的抑制能力。基于PN码及正交可变扩展系数（OVSF），各数据流经窜并转换为平行的子数据流，再乘上各自独立的OVSF码实现子数据流相互之间的正交化，然后所有子通道数据流叠加到一起并插入一个PN码用于保护它们免受多径干扰及其它用户的可能影响，接着调制后通过传输通道发送出去。两种编码的结合，有助于获得好的正交特性，可降低多址接入的影响。最后分离多径接收端对多径信号进行相关解调。

4　MC-CDMA技术在PLC中的应用

4.1　OFDM与CDMA比较

选择OFDM或CDMA，一般从系统容量、支持高速率多媒体服务、抗多径信道干扰、频谱利用率等因素考虑。

4.1.1　峰均功率比（PAPR）

PAPR过高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率和扩大设备的尺寸，进而增加设备的成本。OFDM对非线性非常敏感，还需结合其他技术来降低PAPR。而CDMA系统自身就有很多技术可降低PAPR。

4.1.2　调制技术

OFDM系统无论上下行链路都易于同时容纳多种混合调制方式，每条链路都可以独立调制，增加系统的灵活性。信道好的情况下，终端可采用较高阶的如64QAM调制以获得最大频谱效率，信道条件变差时可以选择QPSK（四相移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。若信道问的干扰限制某条特定链路的调制方式，亦能通过无线资源管理和网络频率规划等手段来解决。CDMA上行线路不支持多种调制，下行线路虽支持，但规定符号调制方式需相同，而且在非正交的链路中，采用低阶调制的用户将受高阶调制用户的噪声干扰。误码率和频谱效率之间获得最佳平衡是判断一个通信系统优良的重要标准。

4.1.3　抗窄带干扰能力

OFDM与CDMA中窄带干扰都只影响其频段的小部分，自身技术均能解决。

4.1.4　抗多径干扰能力

多径传播效应造成接收信号相互重叠，产生信号波形问的相互干扰，使接收端判断错误。这会严重地影响信号传输的质量。OFDM通过窜并变换待发送的信息码，降低速率，以增大码元周期来削弱多径干扰的影响。同时使用循环前缀（CP）作作为保护间隔，大减少甚至消除了码问干扰，但CP越长，能量损失越大。CDMA接收机采用RAKE分集接收技术，使多路信号能量区分和绑定。但当路径条数达到一定值，信道估计精确度将降低，RAKE的接受性能将快速下降。

4.2　MC-CDMA技术

为使PLC得到更好的性能，研究发现，多载波码分多址（MC-CDMA）能把OFDM和CDMA技术结合起来。多载波CDMA方案可分为时域扩频和频域扩频，二者分别用给定的扩频序列对串并变换后的数据流与原始数据流作处理。频域扩频用扩频序列中对应的每个码片将数据调制到不同的子载波上，MC-CDMA技术正是这种方式实现的。MC-CDMA的每个数据符号的扩频在频域中完成，接收机在频域上能充分聚集信号的能量，从而做出最佳判决，具有最佳的频谱分布，抗干扰能力强，而且，频域内有一定的自由度，每个用户的处理增益可随通信网络的要求进行及时修正，同时接收端的解扩合并技术和OFDM的频域均衡技术结合，实现的复杂度较低，这些优点使得我们更倾向于选择MC-CDMA技术作为电力线载波中的应用技术。可以把MC-CDMA看作一种OFDM技术，只是在形成OFDM信号前，先将用户的信息和扩频码矩阵相乘。MC-CDMA方案保留了OFDM和CDMA各自的特点。

5　结论

电力载波通信技术是电力系统的基础建设，是确保电网安全、优质、经济运行，实现调度自动化和管理现代化的重要方式之一。电力载波通信技术的运用及发展，将充分受益于我国智能电网的建设。

参考文献

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