第５０卷总第５６９期　２０１３年第５期　电测与仪表　

Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ＶＯＩ．５０　Ｎ０．５６９　

Ｍａｙ．２０ｌ３　

窄带高速电力线载波通信发展现状分析　何志良　，张然　，陶维青　（１．广州供电局有限公司从化供电局，广东从化５１０９００；　２．安徽科大智能电网技术有限公司，合肥２３００８０）　

摘要：随着智能电网技术的发展，传统的窄带电力线载波技术已不能满足电网对通信技术越来越高的要求。而　窄带高速电力线载波通信技术的发展则为智能电网建设带来了新的活力。本文简单介绍了电力线网络的特性　和国内外的发展趋势及相关标准，并就窄带高速电力线载波通信在智能电网中的应用做了探讨。　关键词：电力线载波通信；正交频分多路复用；ＰＲＩＭＥ；Ｇ３一ＰＬＣ　中图分类号：ＴＭ７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—１３９０（２０１３）０５—００６８—０４　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ　Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　１　２　２　ＨＥ　Ｚｈｉ－ｌｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｒａｎ，ＴＡＯ　Ｗｅｉ－ｑｉｎｇ　

（１．Ｃｏｎｇｈｕａ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｃｏｎｇｈｕａ　５　１０９００，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ　２．Ａｎｈｕｉ　ＣＳＧ　Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＣＯ．，ＬＴＤ，Ｈｅｆｅｉ　２３００８０，Ｃｈｉｎａ）　

三Ｅ　Ｅ　！　堡　茎是　妻　妻　合公布的Ｇ３－ＰＬＣ￣　４１。这些标准都各自得到来自　ｚ　竺·　三　联　至三另　Ｚ．￣　ＨＪ　／Ｉ＇Ｈ半导体芯片带ｉ　员会　耋　篓　要　４９　昱．奎　千雍　。：　：　二：　：　：　）技术所　ＡＲＩＢ（　线三　，　妻　田的１３＝１传Ｊ输＂Ｆ－媒ｒｐ介ＪＬ　ＪＬ本￣＇ｂ＼身Ｉ－ＪＵ并Ｗ￣非Ｉ二　

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ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ＶＯＩ．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＊Ｉ］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　ｌＯＯ～１５Ｏｉｌ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　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　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一２００ｋＨｚ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。　这类噪声持续时问短，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　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　，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　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Ｉ生、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１Ｖ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　

好，传输速率较快　。力合微电子最新推出的国内第一　款ＯＦＤＭ低压电力线载波芯片ＬＭＥ２９８０采用１２８０子载　波ＯＦＤＭ，通信速率可达￣１］２０ｋｂｐｓ。在网络路由方面采　用了盲中继动态路由，支持最大中继级数为７级。　２．２国外主要标准　国内由于起步较晚，采用的技术相对国外还比较　落后，也没有制定窄带高速ＰＬＣ￣Ｎ关的标准。相对而　言，国外则较早地开展了标准的研究和制定工作。到　目前为止，已经有ＰＲＩＭＥ、Ｇ３一ＰＬＣ以及ＩＴＵ—Ｔ批准通　过的Ｇ．ｈｎｅｍ等。它们都作为开放性标准对外公布，且　都采用了先进的ＯＦＤＭ调制解调技术。　

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２．２．１　ＰＲＩＭＥ标准　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　

西班牙达到１０００万块的规模　。　２．２．２　Ｇ３一ＰＬＣ标准　Ｇ３一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２０ｋｈｐｓ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　用Ｇ３技术的电表　。　２．２＿３　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．ｈｎｅｍ标准　现有的众多标准，包括ＰＲＩＭＥ和Ｇ３一ＰＬＣ之间没　有实现互操作性，这会造成在实际应用不同标准通信　的困难和建设成本的增加。为了解决这一问题，２０１０　年１月ＩＴＵ—Ｔ启动了Ｇ．ｈｎｅｍ项目　，旨在开发建立全球　范围内统一的窄带ＰＬＣ技术标准，它结合了ＰＲＩＭＥ和　７Ｏ—　Ｇ３一ＰＬＣ的优点，并在此基础上做了进一步的改进而　成。２０１　ｌ￣［Ｚ２月ＩＴＵ—Ｔ同意和批准推荐Ｇ．９９５５和Ｇ．９９５６　作为Ｇ．ｈｎｅｍ的物理层和数据链路层规范，并添加在　ＰＲＩＭＥ和Ｇ３一ＰＬＣ的附件当中，用于促进该标准的快　速推进。作为最新的高速电力线窄带技术标准，它也　支持包括ＣＥＮＥＬＥＣ、ＡＲＩＢ、ＦＣＣ规定的全部窄带ＰＬＣ　频段，但是其原始数据传输速率可以高达１Ｍｂｐｓ。　２＿３标准之间的比较　目前主流的高速窄带ＰＬＣ技术其物理层都采用　了ＯＦＤＭ技术，它凭借其良好的抗频率选择性衰落特　性、易于均衡、频谱利用率高等优点，普遍被采纳在新　的窄带ＰＬＣ技术标准中，但各标准之间又有一定的差　异。ＰＲＩＭＥ、Ｇ３一ＰＬＣ、ＩＴＵ～Ｔ　Ｇ．ｈｎｅｍ三种标准在物理　层的主要区别如表１所示。　由表１中可知，ＰＲＩＭＥ目前只采用ＣＥＮＥＬＥＣ—Ａ频　段（３ｋＨｚ一９５ｋＨｚ），而Ｇ３一ＰＬＣ和Ｇ．ｈｎｅｍ￣ＪＪ将工作频带　扩展到ＡＲＩＢ（１０ｋＨｚ～４９０ｋＨｚ）和ＦＣＣ（１０ｋＨｚ～　４５０ｋＨｚ），随着技术向全球范围内推广使用，ＰＲＩＭＥ扩　展￣ＵＦＣＣ频段也是必然趋势。虽然ＰＲＩＭＥ理论上随着　带宽的增加，其传输速率比Ｇ３一ＰＬＣ要高，但是在实际　测试中，由于Ｇ３一ＰＬＣ采用了级联纠错编码和重复编　码，其抗干扰能力更强。　为了能适用于未来的大规模使用和智能电网的　需要，组网技术也需要进一步的发展，具有白组网能　力和灵活安全的组网技术是新一代窄带ＰＬＣ技术发　展的必然要求。ＰＲＩＭＥ标准虽然也具有自组网能力，　但是它只是支持基于基本节点和服务节点的类似树　状网络的建设，可供选择的网络拓扑结构少，灵活性　ｒ０　１’］　不足…一。而Ｇ３一ＰＬＣ规范则由于采用基于ＩＥＥＥ　８０２．