低壓電力線通信技術綜述

在該設計方案中，采用直接數字頻率合成器生成載波信號，這樣可以將FSK調制功能由頻率合成器實現，避免了傳統跳頻系統中先產生FSK信號，再與頻率合成器的輸出頻率進行混頻的做法，省去FSK信號的產生與混頻過程，較大程度降低了系統的軟硬件復雜度。
4．2 正交頻分復用調制／解調技術(OFDM)
隨著正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM)技術的興起及寬帶電力線載波通信應用的需求，低壓電力線通信OFDM相關技術成為近幾年的重點研究方向之一。OFDM技術因為能夠有效地對抗多徑傳播、頻率選擇性衰落與窄帶噪聲干擾而受到從事電力線通信研究人員的重視，而且接近于Shannon定理極限值的頻譜利用率也是其顯著的優勢。OFDM技術相關的研究集中在信道估算及均衡算法、時域和頻域同步、降低峰值平均功率比、頻譜優化分配、信道編碼和交織等方面，其中，調制解調算法、頻譜優化及信道估計是電力線正交頻分復用通信技術中的熱點研究方向，也是近幾年來很多專家學者關注的熱點。
在OFDM的核心技術調制／解調方向上，同步技術與頻譜資源分配是兩大較為核心的內容。文獻在調制／解調同步技術上做了深入的研究，根據文獻，正交頻分復用技術用于低壓電力線通信可以有效克服電力線彌散信道的多徑、頻率選擇性衰落特性的影響，但OFDM系統對同步誤差的影響相當敏感，準確的符號定時與頻偏估計是實現OFDM系統的關鍵，文獻中采用改進延遲相關符號定時同步方法實現了低壓電力線OFDM載波通信系統的準確符號同步，并對比分析了采用雙滑動窗功率比值法、延遲相關算法、改進延遲相關算法應用于實際低壓電力線彌散通信環境中的效果，結果表明采用改進延遲相關算法更穩定可靠，精度更高。對實際低壓電力線信道實驗網絡的測試表明，改進延遲相關算法可以更準確有效地進行OFDM系統符號定時，且符號定時同步不受頻偏影響，具有較強的魯棒性。
由于電力線信道頻譜資源是有限的，如何有效利用有限的信道資源也是一個比較熱點的研究方向。郭靜波教授課題組對該方面的內容展開了相關研究，取得了一定突破：(1)提出了一類解決信號功率譜限制條件下的多用戶頻譜優化快速算法。(2)合理優化利用配電網信道的特性使配電網通信系統的整體性能達到最優，提高了配電網多用戶通信系統的性能。這方面值得相關研究人員參考與借鑒。
4．3 調制／解調芯片應用技術
電力線通信調制／解調芯片分為窄帶與寬帶兩大類，一般來說，低速和高速以2 Mbit·s-1為界，窄帶低速芯片的指定帶寬一般在3～500 kHz，多采用FSK、PSK、DSSS和線性調頻Chirp等技術，一般應用于遠程自動集抄、照明監控、設備管理等領域。寬帶高速芯片指帶寬限定在2～30 MHz，采用以OFDM為核心的通信技術，一般應用于Internet接入、工業控制網絡等領域。芯片研制主要集中在英國、法國、美國、以色列、德國、奧地利、西班牙等國家和地區，比較著名的芯片產品公司有ST、Intellon、DS2、Yitran、Spidcom等。目前，電力線通信產品多使用電力線調制解調器(PLC modem)加微處理器的模式。寬帶電力線通信產品比較主流的有中電飛華推出的14、45 Mbit·s-1等系列產品，主要用于Internet高速接入。在更高速領域，德國相關公司已經利用Intellon的200 Mbit·s-1芯片研制出產品，羅克韋爾、西門子等公司正在推進200 Mbit·s-1產品應用于工業控制場合，并做了可行性分析與實驗驗證。可以看出，高速電力線載波通信將在某些應用領域具有廣闊的前景。

5 研究展望
隨著信息與通信領域新技術的不斷變革，低壓電力線通信正朝著高速率、高可靠性、大容量的方向迅猛發展，但是，無論是跳頻技術還是OFDM技術都是基于載波的，加之電力線信道的惡劣傳輸特性，致使這些技術在本質上都存在一定局限性，仍需要不斷地加以探索和研究，建議可從以下幾方面來展開：
(1)進一步研究增強型的模擬前端技術，包括自適應濾波與自適應均衡，以適應時變的、大范圍的線路衰減與阻抗變化，這一點較為重要，也是目前技術難點所在。
(2)低壓載波通信在變壓器跨相和穿越變壓器方面的實用技術研究，在多路供電的現場也需解決電源切換時的通信中斷問題，這關系到通信制式、耦合制式等多方面的設計考慮。
(3)研究面向可靠性的電力線通信理論與技術，是未來最重要的發展方向之一，以系統的觀點，多角度、全方位提高電力線通信的可靠性，對信道的分析、建模、估計，對信源、信道的編解碼有必要繼續深入研究，加強智能理論與技術的引入研究，如蟻群理論、遺傳算法、模糊控制、自適應理論等，提高系統抵抗能力、識別能力、可恢復能力與速率自適應性。
(4)路由組網問題與對策，低壓電力線通信物理網絡是由低壓配電網與當時線路負載組成，物理網絡是動態的，信道特性也是動態的，這種特性決定了組網的困難。
(5)隨著人們對EMI的認識提高，電網質量會逐步改善，同時對載波通信的相關要求也會必然提高，因此，面向服務的資源控制將是一個不可回避的課題。
(6)低壓電力線通信最終實現高性能、低價格的關鍵在于專用芯片的設計和制造，而這正是我國微電子行業的弱點所在，加大在此方面的研究和投資力度對于低壓電力線通信的實用化至關重要。
(7)電力線有限的頻道資源必將隨著電力線通信的推廣而日趨匱乏，因此，對信道資源的使用及相關問題進行合理的前期規劃，將是一項重要的研究內容。
(8)低壓配電網是一個共享開放式網絡，非惡意或惡意干擾在所難免，因此有必要研究電力線通信在物理層、鏈路層、網絡層乃至應用層的信息安全性保護機理與可靠性防護措施，即通信安全性也將是一項重要的研究內容。
因此，如何保證低壓電力線通信網絡的適應性、強健性，以及提高通信的可靠性，是當前及今后低壓電力線通信領域需要迫切研究和重點解決的問題。

6 結束語
低壓電力線是一種各項特性十分復雜的傳輸介質，文中具體分析和總結了低壓電力線信道阻抗特性噪聲特性、信號衰減特性及信道模型問題，輸入阻抗隨頻率的增加呈上升趨勢，信道噪聲由各種特定性質的噪聲源疊加而成，信號衰減是距離的函數并與頻率有關，決定了低壓電力線通信應合理選擇通信頻率及采用具有較強抗干擾性能的調制／解調模式；對適合低壓電力線領域的跳頻調制／解調技術以及正交頻分復用技術(OFDM)進行了具體的分析與闡釋。