narrowband power line communication technology is proposed to bring new vitality to the construction and
development of smart grid. This paper briefly describes the characteristics of power line networks, the research status
行造成，如连接到电网的整流器。 （5）非同步脉冲噪声。主要是由电网切换暂态信
号造成，持续时间为几微秒到几毫秒，并随意产生。频 谱强度比背景噪声高很多。
针对电力线网络的特性，电力线载波通信已从传 统的频带传输发展到扩频通信、多载波正交频分复用 （OFDM）技术。扩频通信采用伪随机编码将待传送的 信息数据进行调制，实现频谱扩展后再传输，在接收 端则采用同样的编码进行解调及相关处理。OFDM技 术则将可用的频谱分解成一系列低速的窄带子载波， 子载波之间相互正交，在发送端分别对其进行调制。 相对于扩频通信，其优点有：（1）由于子载波能互不干 扰地同时传送信息，因此可以从整体上极大地提高通 信的速率；（2） 由于每个子信号的传输速率是原信号 的1/M，因此可以很好地抑制因延迟、多径干扰而带来 的误码，从而提高通信质量。因此，在高速窄带电力线 载波通信中得到了越来越广泛的应用。 2 窄带高速PLC发展现状 2.1 国内发展情况
准，从而降低成本。而可以使用的频带范围由各个国 家的频带管理机构来指定和划分，如欧洲由 CENELEC（欧洲电工技术标准化委员会）规定的频带 为3kHz~148.5kHz，美国由FCC机构（美国联邦通讯委 员会） 规定的频带范围为9kHz~490kHz，日本则由 ARIB（日本无线工业及商贸联合会）规定频带范围为 10kHz~450kHz，我国对于3kHz~500kHz这段频率段如 何使用并没有规定，但电科院更倾向于使用3kHz~
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西班牙达到1000万块的规模 。 2.2.2 G3-PLC标准
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G3 -PLC 是 由 ERDF （Electricite Reseau Distribution France，法国配电网络公司）和Maxim（美 信半导体公司）联合公布的基于OFDM高速电力线窄 带载波技术规范，支持包括CENELEC、ARIB、FCC规 定的全部窄带PLC频段，并能提供20kbps到300kbps之 间的数据传输速率。目前，该项技术已经完成在法国 配电网和美国分布式网络的测试，取得了很好的效 果，并将进一步在葡萄牙、西班牙、中国、日本等地区 进行现场测试。ERDF计划将在2013年试用2000台采
谱中占据许多相对较小但连续的子频段，通常由中波 和短波广播进入介质而造成。在白天通常随时间变 化，夜晚则由于大气反射效应加强而增大。
（3）同电网频率不同步的周期性脉冲噪声。为重 复频率在50kHz~200kHz的脉冲，其频谱为分散的谱 线，多由开关电源产生。
（4）同电网频率同步的周期性脉冲噪声。为重复 频率50Hz或100Hz并同供电网络主频率同步的脉冲。 这类噪声持续时间短，一般在毫秒级，且其频谱密度 随频率增加而减少。通常是由电源与电网频率同步运
Abstract:With the development of smart grid technologies, the traditional narrowband power line carrier
communication technology can not meet the growing needs of real time communication. However the high -speed
由于电力线最初仅用来传送电能，完全没有考虑 对噪声的屏蔽作用。因此，除了考虑信道特性所造成 的影响之外，必须对叠加在信号上的各种噪声干扰进 行深入的研究。经过很多研究和测量发现，PLC环境
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噪声特性根据起因、频谱、强度等可分为五类 。 （1）有色背景噪声。其功率谱密度相对较低且随
频率增加而减小，多由低强度噪声源叠加而产生。 （2）窄带噪声。大部分是幅度调制的正弦波，在频
合公布的G3-PLC标准 。这些标准都各自得到来自 电力公司和半导体芯片制造商的大力支持。
由于窄带PLC（power line communication）技术所 利用的传输媒介本身并非一个理想的数据传输通道， 低速PLC技术的传输速率普遍都在几kbps以下，大部 分还只有几百bps的速率。传输过程易受到各种干扰 的影响，错误率较高，组网能力差，且频带利用率低， 因此一直都只限用于低压自动抄表和早期中高压电 力线信号传输。但是随着智能电网时代的到来，智能 家居、家庭能源管理、电动汽车充放电控制等一些新
and standards both the domestic and overseas, and also discusses the application of high -speed narrowband PLC
technology in the smart grid.
Key words: power line communication, OFDM, PRIME, G3-PLC
HE Zhi-liang , ZHANG Ran ,TAO Wei-qing
(1. Conghua Power Supply Bureau Co., Ltd. Conghua 510900, Guangdong, China.
2. Anhui CSG Smart Grid Technology CO., LTD, Hefei 230080, China)
0引言
前使用的主要有以下几种技术规范：基于FSK、PSK、
窄带电力线通信是指工作在3kHz~500kHz频率 S-FSK调制和单载波、双载波技术的低速电力线窄带
范围，通过使用已有的电力线设施作为传输介质实现 规范（IEC61334-3-1、IEC 61334-5等）和基于OFDM
通信的方法，可以代替无线通信或者其它有线通信标 （正交频分复用） 的多载波调制技术的高速电力线窄
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90kHz频段 。 目前，国外由于开展研究较早，已经制定出行业
联盟协议并完成现场测试，两大国际标准委员会 （ITU-T, IEEE） 也在制定电力线通信的国际标准，目
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带规范— ——包括由PRIME联盟提出的PRIME标准 及 由ERDF（法国配电网络公司）和Maxim（美信公司）联
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第 50 卷 总第 569 期 2013 年 第 5 期
电测与仪表 Electrical Measurement & Instrumentation
Vol.50 No.569 May. 2013
的应用和服务不断加入，它们已经达不到智能电网建 设中对数据传输的要求。而窄带高速PLC技术凭借 OFDM的优势及FEC （前向纠错） 和组网技术等的引 入，能够满足数据采集、照明控制、家庭自动化等应用 的带宽要求。这样，窄带高速PLC 将是一种非常有吸 引力的能够作为智能电网通信基础设施的技术。电力 公司通过使用PLC 技术将能够实时监控终端用户设 备或者应用的实时用电信息，使实时电价策略成为可 能，并达到削峰填谷、避免建设更多的发电厂的目的。 1 PLC网络特性 1.1 传输信道特性
PLC利用现有的配用电网络进行电力线载波信 号的传输，而电力线本身只是为了完成电能的传输。 因此对于数据通信而言，它并不是一个稳定的传输信 道。其信道特性非常不理想，表现为噪声显著且信号 衰减非常厉害。由于电源插座上所连接电器的种类繁 多，导致其输入阻抗各不相同，且由于电力线阻抗具 有时变特性，可看作多径信道。其多径效应是由于多 个电力线接头处输入阻抗不匹配而造成的反射引起 的。信道输入阻抗由电力线特征阻抗、网络拓扑结构 和所连接的电器负载共同决定，其变化则根据信号频 率和所处位置的不同从几欧姆到数千欧姆变化。某些 统计分析表明，整个频谱范围内，输入阻抗均值约为 100~150Ω之间。由于输入阻抗的变化，PLC网络总存 在耦合不匹配的问题，会大大增加传输损耗。 1.2 干扰特性
由于电力线载波通信技术具有无可比拟的优势， 如方便可靠、经济性、即插即用等，在国内的应用研究 也逐渐成为热点。目前国内相关应用广泛采用的载波 芯片厂商有青岛东软、青岛鼎信、北京福星晓程和力 合微电子等。
青 岛 东 软 第 IV 代 载 波 通 信 核 心 芯 片 SSC1641 采 用三相解调、三相同发同收、过零发送接收，通信速率 可调，支持300bps、400bps、600bps、800bps。青岛鼎信 的TCC081C、TCC082C采用扩频通信技术，在调制方 式上为BFSK，中心频率为421kHz，每相载波通信速率 50bps、100bps、600bps、1200bps， 支 持 DLT645 -1997/ 2007等。福星晓程推出的PL3106、PL3201系列芯片， 采用PSK调制直序扩频方式，载波频率为120kHz，数 据速率500、250bps。采用数字解调、解扩，抗干扰性能 优于青岛东软，在实际使用中物理层的通信距离较
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2.2.1 PRIME标准
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PRIME标准 是有由欧洲的多家电力公司、仪表 制造商、半导体制造商和公用事业公司组成的联盟提 出 的 基 于 OFDM 电 力 线 通 信 技 术 解 决 方 案 。 IBERDROLA是第一家推广此方案的供电公司。标准 规定通信信号使用CENELEC-A频带 （3kHz~95kHz） 范围，数据传输速率最高可达130kbps。该标准已经完 成了在欧洲的现场设施，并已经于2010年起开始由西 班牙电力公司IBERDROLA安装10万台采用PRIME技 术标准的电能表用于实际使用，并计划在3到5年内在