国内外低压电力线载波通信应用现状分析1.概述电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。

早在20世纪20年代，电力载波通信就开始应用到10KV配电网络线路通信中，并形成了相关的国际标准和国家标准。

对于低压配电网来说，许多新兴的数字技术，例如扩频通信技术，数字信号处理技术和计算机控制技术等，大大提高和改善了低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性，使得电力载波通信技术具有更加诱人的应用前景。

为此，美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450kHZ；欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3~148.5kHZ。

这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献。

利用低压电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是目前国内外公认的一个最佳方案。

低压电力线是最为广泛的一种通讯媒介网络，采用合适的技术充分用好这一现成的媒介，所产生的经济效益和生产效率是显而易见的。

在20世纪90年代，一些欧洲公司进行涉及电力线数据传输的试验，虽然最初实验效果好坏参半，通信技术的不断进步与互联网业务的蓬勃发展带动了电力线通信的显著增长。

在美国，弗吉尼亚州马纳萨斯市首次开始大范围部署PLC的服务，提供抄表、上网等业务，速率达到了10Mbps，费用为30美元/每月，在该地区已覆盖3.5万城市居民用户。

目前，摩托罗拉公司正在进行Powerline MU计划，该技术提高到一个新系统，摩托罗拉的系统只使用居民住宅方面的低压电力线传输，以减少天线效应。

摩托罗拉公司邀请美国无线电中继联盟参加与这些测试，甚至摩托罗拉在其总部安装了系统，初步结果非常乐观的展示了抗干扰特性。

该PLC技术仅用于最后电网分支向室内的一段进行数据传输，而信号通过无线电获取传到配电网节点，这就限制了从最后这一段到室内的信号对周围地区的干扰，实现了居民用户的电能数据采集。

在埃及，综合项目工程办公室（EOIP）部署了广泛的PLC技术应用在亚历山德里亚、法耶德和坦塔。

立足于本土开发的系统，该公司提供了为电力事业的自动集抄系统，目前该公司拥有大约7万用户。

20世纪80年代末至90年代中。

在该阶段，国内部分科研单位和生产厂商进行了大量的集中抄表系统组网方式、电力线载波通信技术的研究和试验工作。

这一阶段集中抄表系统远程通信方式以PSTN拨号为主，该方式基本满足当时的要求。

本地通信方式主要是485总线、电力线载波等，在载波通信调制方式上，尝试了FSK、PSK等各种调制方式。

在通信频带上，尝试了窄带通信和扩频通信。

这几种方式都存在各种不足，485总线过多的分支造成维护和使用过程中很不方便，通讯可靠性较低,易遭受破坏等。

电力线载波通信质量较差,抄表成功率较低，能连贯传输数据的系统很少。

在此阶段,电能表以机械电能表为主,采样方式主要采用脉冲采样和机械采样,存在一定误差,系统所采集的电能数据准确度较低，系统应用效果不够理想。

从上世纪90年代中到2001年，市场和技术创新相互推动了电子式电能表的快速发展，电子式电能表的质量和功能都得到了很大提高，采样方式多改为磁敏传感，并提供RS485数据接口。

电子式电能表的出现为集中抄表系统抄表数据的准确性提供了可靠的保证，此阶段采集器向上传送的信道以电力线载波和无线微功率方式为主，电力线载波传输抗干扰问题仍是本阶段的技术难点，无线微功率受传输距离、建筑物阻挡、无线干扰等原因影响，抄表成功率也较低。

自2003年开始，电力线载波抄表的应用进入到快速增长的阶段。

相对于其他通信方式，方便快捷、免除人工与信道使用及维护成本是电力线载波的最大优势，其发展前景是非常值得期待的。

随着电力线载波通信物理层调制/解调与纠错技术的不断发展以及半导体集成规模的不断扩大，采用复杂数字信号处理技术的超大规模电力线载波通信集成电路所能达到的抗干扰能力与其前几代产品相比，有了极大提高。

通过信道频带自适应技术，维持相邻通信节点间的可靠传输在技术上已经可以达到。

从2005年开始，国内几家大的电表供应商开始了以网络神经元芯片为核心技术的第三代载波通信产品的研发。

第三代芯片从物理层、网络层、链路层等各个方面的技术上都有了较为突破性的提高，用于电力线通信的窄带载波通信芯片以少数的2～4家国内厂家为主，目前应主要解决的关键问题就是，任意相邻节点的物理层通信保障能力与具有帧中继控制的网络传输协议。

部分企业开始采用先进的数字信号处理与信道编码技术，对通信频带做自适应选择的窄带调制/解调方式，芯片内部嵌入式微处理器来进行网络传输与信息安全控制等方式提高电力线载波通信芯片的质量，应用效果有待现场的考验。

2.国内现有载波通讯技术路线分类现有的低压载波通信芯片的技术可以从调制方式、传输速率、带宽等几个方面来分类。

从使用的带宽角度来说，电力线载波通信分为宽带电力线载波通信和窄带电力线载波通信。

所谓电力线宽带通信技术是利用电力线传输高速数据和话音信号的一种通信技术，是目前研究“四网（宽带数据网、电话线、有线电视和低压配网）融合”的关键技术之一，主要用于为居民用户提供宽带上网和话音业务,它多采用正交频分复用OFDM技术等。

所谓窄带电力线载波通信技术就是指带宽限定在3-500kHZ，通信速率小于1Mbit/s的电力线载波通信技术，它多采用普通的FSK技术、PSK技术、直接序列扩频技术和线性调频Chirp技术等。

从技术发展的角度来说，电力线载波通信分为传统的频带传输技术和目前流行的扩频通信（SSC）技术：所谓频带传输就是用载波调制的方法将携带信息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上。

其基本的调制方式分为幅值键控（ASK）、频率键控（FSK）和相位键控（PSK）以及相关派生的调制技术。

传统的载波通信原理的最大弱点就是去噪能力有限；所谓扩频展谱通信是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽，频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。

目前，电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM等。

此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。

3.国内目前低压载波通信芯片现状3.1. 国内外主流芯片厂家及相关参数在PLC发展的这么多年里, 曾经使用过很多技术,如FSK、PSK、扩频等，也有许多半导体公司推出电力载波芯片，较早有美国的Intellon和国家半导体公司都曾推出专用芯片，但在经过国内环境的试运行后很多都已经销声匿迹了。

目前国内主流的芯片方案大致有八种，分别为窄带通信的法国ST7538和美国ECHELON（埃施朗）的PL3120/3150；扩频通信的北京福星晓程、青岛东软、深圳瑞斯康。

各个厂家的相关产品及主要技术参数见下表：3.2. 各载波芯片产品的现状分析3.2.1.法国ST7536/8法国ST公司的ST7538是一个半双工、同步FSK调制解调器芯片。

它专为低压电力线传输而设计，有8个通信频道，内部集成了MS功率有1W的信号功放，其接收灵敏度很高，在高灵敏度下为500uV。

ST7538的频点是根据欧洲的电力线载波标准来选择的。

欧洲的电力线载波标准把电力线载波的频段控制在3～184.6kHz之内。

而ST7538的频点处于60～132.5kHz的8个频点上，其中有6个频点是在60～86.5kHz之间，这是属于欧洲所讲的A频带，也就是电力供应商所占用的频段；而95～125kHz的频段是属于消费类无通信协议的应用；125～140kHz是属于需要通信协议的消费类电子产品应用。

在美国，3～535kHz的频段都属于一般应用，也就是可以用做通用用途。

ST7538作为很有代表性的窄带通讯芯片在家居自动化、智能家电、远程抄表等领域已经有了广泛的应用。

但由于其是一个纯物理层芯片，即没有MAC和网络层，又没有采取针对电力线通信的抗干扰措施，同时又受欧洲载波标准的严格限制，在我国电网表现不近如人意，目前基本上已退出低压载波抄表的舞台。

优点：（1）一款较为经典的FSK 调制的电力线载波收发器，对基于电力线信道的自动抄表（AMR）的兴起作出重大贡献，特别是在上世纪90 年代中期；（2）载波中心频率可编程，有8 个频率可供选择，频率范围满足欧洲、北美、中国等标准。

但是，频率的确定需要硬件电路的配合，也就是说，对于同一类产品只能选择一个确定的频率。

即只能单一频率工作；（3）通信波特率可编程，有 4 种速率可供选择。

但是，同样对于同一类产品只能选择一种速率；（4）芯片价格适中。

缺点：（1） STMicroelectronics 是一个芯片级供应商，不提供自动抄表系统解决方案，导致通信设计与应用系统设计脱节，系统开发周期长；（2）该芯片与外部的数据交换是一个无通信协议的位传输模式，需要后续（额外）的处理器（MCU）进行大量的通信协议的处理，包括中继路由算法的实现，增加了用户对应用系统地开发难度，这是最致命的缺陷（但这也是它最灵活的一面）；（3）对于电力行业的电能计量装置来说，该芯片功能单一，除了按位流模式收发信号外，没有对电能计量仪表任何其它的增值支持。

3.2.2.美国埃施朗PL3120/3150美国埃施朗（Echelon）公司是LonWorks®平台的创立者。

该平台是全球应用最广泛的标准，用于连接如家用电器、温控器、空调、电表和照明系统等日常设备并把它们连接到因特网上。

该协议标准可以支持多种通信介质，这其中包括电力线。

应该讲其电力线载波技术最初主要用于楼宇自动化、工业控制、监控系统等场合，在中国它将其拓展到居民集抄上。

目前国内用的不多，主要是浙江正泰采用它的方案，其芯片价格较高。

3120是一款BPSK调制解调的芯片，其内部集成有3个处理器，分别完成MAC层、网络层和应用层的功能，支持EIA709.1协议,。

该协议目前已成为我国的国家标准，其符合标准OSI七层协议, 有完整的桥接, 路由转发机制，广泛应用于工业控制自动化楼宇领域。

该芯片还有一个特点是双载波频率（Dual carrier frequency），当首选载频被噪声阻塞的时候，独特的双载波频率功能自动地选择第二载波频率传送。

优点：（1）采用窄带双载频自动切换通信技术，利用数字信号处理的方法克服噪声干扰和校正信号相位畸变现象，并通过前向纠错对突发位错误进行纠正；（2） PL3120/PL3150 实现了芯片级电力线收发器结构，完成了从模块级到芯片级的转化；（3） PL3120/3170 芯片内部本身支持LonWorks 网络协议；而对于大于4KB 代码的应用，是PL3150 是通过外部程序存储器ROM 来支持LonWorks 网络协议和应用程序。