摘   要： 從配電網的分析著手,，闡述了電力線通信的網絡體系結構,、系統(tǒng)組成,、應用及電磁兼容問題以及各國對電力線通信的管制情況，分析了電力線現(xiàn)狀與前景,。
關鍵詞： 電力線通信  網絡體系結構  電磁兼容  管制

　　電力線通信技術(PLC)是利用電力線傳輸高頻數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式,。該技術利用電力線傳送高頻信號，在不需要重新布線的基礎上實現(xiàn)上網,、打電話和有線電視等多種應用。用戶可以通過房間里的任意一個電源插座上網,，實現(xiàn)家庭的移動辦公,。利用PLC技術可將電腦、電話、音響,、電冰箱等家用電器連成一體,，實現(xiàn)集中控制，也可以連接多臺電腦,，組建,、實現(xiàn)家庭局域網。作為一種新的家庭聯(lián)網和寬帶接入技術,，電力線通信引起了人們極大的關注,。
　　PLC技術最先是由瑞士Ascom公司提出的。它利用類似cable modem的方式,，通過電力線提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務,，通過直接與插座相連的現(xiàn)有電力線進行通信[1]。
1  電力線通信網網絡體系結構
　　為了橋接變電站至用戶住宅電氣插座的最后1km,，必須把低壓配電網分成室外PLC和室內PLC二部分,。這是因為整條通路的衰耗通常非常高，在滿足電磁兼容(EMC)要求的情況下,，只有大約10%的用戶可以直接由單跳鏈路來服務,。PLC系統(tǒng)的體系結構和系統(tǒng)組成示例[2]如圖1所示。室外部分包括從變電站到住家接入點(HAP)的公共區(qū)域,，室內部分系指從HAP到用戶家中電氣插座的私人區(qū)域,。圖1所示的PLC系統(tǒng)是一個集中式的主/從體系結構。這種結構反映了電力線網絡拓撲和點到多點網絡流向的特性,。室外主控器(OM)通常安裝在變電站,，它控制用戶住宅的室外接入點(OAP)。為了覆蓋遠地的建筑,，還包括一個室外中繼器(OR),。在每處住宅內，都有1個獨立的室內PLC部分,，它由室內控制器(IC)進行控制,。IC的控制對象是室內適配器(IA)。IA給最終用戶提供標準網絡接口(如以太網,、UBS和模擬電話線等接口),。室內PLC和室外PLC通過OAP與IC之間的以太網鏈路進行連接。OM為主干連接提供以太網接口,，主干連接普遍使用光纖和數(shù)字用戶線(DSL),。對于不具備電信基礎設施的變電站，可以使用中等電壓PLC作為替代方案,。

　　室外PLC使用1M~10MHz的低頻段,，而室內PLC使用15M~30MHz的高頻段。每個頻段能容納3個載波，每個載波帶寬約為2MHz,。載波頻率的分配基于以下考慮：
　　(1)與原有重要的廣播與業(yè)余無線電業(yè)務共存,。
　　(2)頻率低意味著線路衰耗小，適宜于室外使用,，可以覆蓋較大距離,。
　　(3)室外與室內系統(tǒng)的使用頻率要有足夠隔離，使室內,、外系統(tǒng)在非?？拷鼤r(例如OAP與IC)不用協(xié)調即能同時工作。
　　(4)室內距離一般小于室外距離,，故室內可以使用較高的頻率,。此外，電氣設備在較高頻率時產生的信道噪聲比低頻時小得多,。
　　(5)由于在高頻時不同相之間的串話特性較好,，每一相的信號質量幾乎相同，故室內系統(tǒng)的性能較少受服務于IA的其他相或網絡分支的影響,。
2  電力線通信在信息家電中的應用
　　用電力線作為網絡基礎設施相對于其他技術的優(yōu)點：(1)由于信息家電可以通過電力線進行通信,，故不需另外布線。(2)在一戶住家內通常有多個接入點(電源插座),，PLC技術可以為用戶建一個家庭局域網,，把他們的PC機、打印機,、掃描器以及任何設備連接起來,。按HomePlug 1.0標準的規(guī)定，電力線通信可以提供14Mbps的數(shù)據(jù)速率,，足夠信息家電日常使用,。將來的PLC還可能提供100Mbps的速率來支持高質量數(shù)字多媒體應用。
　　北美住家的電力線通信網拓撲圖如圖2所示,。本文將以該實例說明電力線通信的應用[2],。由圖可見，它是一種類似樹狀的拓撲,。一般有2條電力線干線,，分別為110 V和220 V。每條干線分為若干支線,。電力線通信的目的是在這些支線和干線上傳輸數(shù)據(jù)分組,。

　　PLC的應用形式有多種。例如,，當數(shù)字電視上出現(xiàn)商業(yè)廣告時,，可以通過電力線把產品信息下載到計算機上,。此后，還可以通過計算機向供貨商發(fā)送訂購信息或者去瀏覽產品網頁,，以獲得更詳細的信息。通過電力線還可以把音樂或視像節(jié)目錄制下來,，當在電視上或在一個音樂頻道上播放音樂時,，可以通過電力線直接把音樂錄到MP3播放器上。還有一種可能的應用是把數(shù)字視像直接錄入PC機或數(shù)字錄像機(VCR)內,。
　　利用電力線通信網還可以方便地完成信息家電的一些其他應用,。例如，電冰箱可以根據(jù)冰箱內的庫存情況通過電力線訂購食品,；微波爐能向空調發(fā)送預計的環(huán)境溫度將變化的信息,，使空調重新調節(jié)溫度，保持室溫舒適,。
　　PLC的應用并不局限于新式信息家電,。作為家庭網絡，電力線通信網非常便于在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理設備(如PC機等)與計算機外設之間交換數(shù)據(jù),。此外,，信息家電也可與計算機進行對話，例如,，利用電力線通信網可以很方便地從電視機或VCR向PC機發(fā)送多媒體數(shù)據(jù),。電力線通信網還可以用于住戶安全方面，可以把門口監(jiān)控攝像機獲得的圖像送至電視機,。
　　為了通過DSL或cable modem之類的寬帶連接實現(xiàn)高速上網,，可以在電力線通信網中添加一個PLC互聯(lián)網路由器。當某設備需要與互聯(lián)網上其他設備進行通信時,，通過電力線向計算機發(fā)送數(shù)據(jù),，然后由計算機決定是否向互聯(lián)網發(fā)送數(shù)據(jù)。此外,，可以利用外部配電線讓PLC家庭網絡直接與其他住家,、電廠對話。由于不需要額外的支出,，這種用于互聯(lián)網接入的網絡基礎設施,，對于發(fā)展我國家電特別有吸引力。
3  電力線通信的電磁兼容問題
　　電力電纜是為50Hz或60Hz低損耗輸電設計的,，當把它們用于PLC時,，意味著必須傳送頻率9kHz～30MHz之間的信號。對在這些頻率上的信號,，電力電纜會有泄漏,，部分高頻信號功率會以電磁波的形式輻射出去,。電力線信道好像一個開放的無線信道，要受噪聲,、衰落,、多徑和干擾的影響，同時也會干擾其他信號,。當PLC系統(tǒng)得到廣泛使用時,，除了使用相同頻率的相鄰PLC系統(tǒng)之間會相互干擾(即小區(qū)間干擾)以及會產生保密問題之外，PLC系統(tǒng)還會對其他無線電通信造成干擾,。因此,，PLC系統(tǒng)除了要克服自身信道的缺陷外，EMC是PLC能否得到推廣應用的最關鍵的問題,。
　　由于PLC系統(tǒng)使用的是9kHz～30MHz的頻段,，因此受其輻射影響較大的主要是短波無線電通信，包括業(yè)余無線電和軍用無線電,。
為了把PLC輻射減至最小,，可采取以下2個措施：
　　(1)充分利用或改善用于PLC的電力線的對稱性。
　　(2)減小PLC信號的功率譜密度(PSD),。
4  對電力線通信的管制
　　PLC的輻射必須符合相關的EMC限制,。EMC標準基本上有2種：
　　(1)國際無線電干擾專門委員會(CISPR)等機構制定，國際電工委員會(IEC)發(fā)布的標準,，通常被采納為國家法規(guī),。
　　(2)在CISPR標準沒被采納為國家法規(guī)的情況下，由有關國家的管制當局制定相應法規(guī),，填補空白,。
現(xiàn)存的傳統(tǒng)PLC標準都是針對用于控制、監(jiān)視和開關的簡單系統(tǒng)而制定的,，所占頻譜最高為525kHz,。一般通過限制饋入電源網的最大輸出電壓來限制不希望的輻射。但用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜LC接入系統(tǒng)的頻率范圍要大得多,，目前尚無標準,。CISPR中有關PLC標準的最新版本是CISPR22。它規(guī)定了對IT設備的限制,，并明確區(qū)分電源端口和電信端口,。但是在PLC中，電源與通信用的是同一端口,，故CISPR22在PLC的測試應用方面還存在較大問題,，現(xiàn)正努力在CISPR22中定義多用途端口，以形成實際可行的方案,。
　　歐洲比較關注CISPR的活動,，現(xiàn)在歐盟成員國都把CISPR發(fā)布的文件作為重要法規(guī),。美國對PLC的管制由 FCC Part15制定。在日本,，PLC只允許工作在10k～450kHz頻率范圍內,，并對發(fā)送電平和使用場合作了詳細規(guī)定。
5  發(fā)展現(xiàn)狀與應用前景
　　目前,，PLC技術正準備走向商用,。全球有若干種PLC系統(tǒng)在進行現(xiàn)場試驗，尤其在歐洲,，德國、西班牙,、法國,、奧地利和瑞士都開始了大規(guī)模的現(xiàn)場鋪設。2002年8月,，香港PowerCom Network公司成立,，與Hutchison Global Crossing公司合作開發(fā)專有的PLC服務。中國國家電力通信中心自2001年12月開始進行電力線上網的小規(guī)模試驗工作,，其中部分設備（電力貓等）由福建省電力試驗研究院提供[3],。
　　PLC網絡除了完成家庭聯(lián)網外，還能實現(xiàn)高速上網,。各住家網絡被接至變電站,，并通過電力線modem終端把各家PLC網絡連接到互聯(lián)網的骨干網。各家的PLC網關可以安裝在各家的熔絲盒里,。網關可能連接1個或幾個用來增強信號強度的中繼器,。預計當調制技術得到進一步改進之后，未來的電力線網絡可以以更高的速率傳送數(shù)據(jù),。當然,，目前在網絡安全和網絡性能等方面還有不少問題有待解決，特別是當把電力線網絡應用于辦公室和公寓大樓時節(jié)點數(shù)量會急劇增加,，解決這些問題就尤為重要,。
　　電壓不穩(wěn)定對于電力線上網的安全性和穩(wěn)定性等因素有很大的影響，主要是用電負荷高峰期影響穩(wěn)定性,。每到晚上家庭用電高峰期,，通過電力線上網速度就比較慢。同時,，國內該技術是通過單元樓共享帶寬技術,，用戶上網時的速度，取決于在線的用戶數(shù)量,。如果很多用戶同時上網,，傳輸速度就相對較慢,。此外，電力線上網在網絡管理維護上也較麻煩,。由于電力網使用的大多是非屏蔽線,，用它來傳輸數(shù)據(jù)不可避免地會形成電磁輻射，影響數(shù)據(jù)的保密性,，同時會對其他無線通信,，如公安、軍事部門的通信造成干擾,。中國還沒有制訂出自己的電磁輻射標準,，因此現(xiàn)在難以給PLC以合法身份。
　　電力線上網作為一種新出現(xiàn)的上網方式,，目前在我國還處在試驗階段,，信息產業(yè)部允許它在一定范圍內做試點，如電力小區(qū),、電力家屬院,。而在電力線上網經營者沒有取得許可證之前，不允許進行大規(guī)模商業(yè)運作,。
　　2004年3月,，國家電力通信中心的下級企業(yè)中電飛華作為寬帶市場的新興力量，已進入了北京100多個社區(qū),，開始提供寬帶試運營業(yè)務,，運行良好。
　　在今后5年內,，如果電力公司采取行動,，大力推動電力線上網，PLC的地位就有可能上升到目前DSL和cable modem所處的地位,，可見它的潛在市場是巨大的,。據(jù)Yankee Group公司市場調查后估計，在美國至少有2 100萬戶住家對家庭聯(lián)網感興趣,。按照Parks Associates公司預測,，到2004年底美國將有3 000萬戶住家具有快速互聯(lián)網連接，其中1 700萬戶住家計劃安裝家庭網絡,。一些分析家稱,，PLC市場到2006年可能達到6億美元。
參考文獻
1   Lin Y J,，Latchman A H,，Lee M et al.A Power Line Communication Network Infrastructure for the Smart   Home .IEEE Wireless Communications，2002,；9（6）
2   Liu W L,，Hanspeter W,，Philippe R.Broadband PLC Access  Systems and Field Development in European Power Line  Networks.IEEE Communications Magazine，2003,；41（5）
3   鄒志威,，陳啟美，左雯.躋身未來的電力線通信(一)回顧與展望.電力系統(tǒng)自動化,，2003,；27（3）