本文介紹了電力線載波（PLC）技術(shù)及其發(fā)展歷程,，并將傳統(tǒng)的窄帶單載波FSK調(diào)制方案與基于OFDM的PRIME和G3兩種新方案進(jìn)行了對比。

介紹

傳統(tǒng)的電網(wǎng)正在發(fā)生變革。在過去的一個世紀(jì),，電網(wǎng)是一個用來將由一定數(shù)量的發(fā)電站發(fā)出的電能傳輸?shù)酱罅坎煌墑e的用戶的系統(tǒng),。設(shè)計和運(yùn)行電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn),，就是要將電能以一種有效的方式從數(shù)百個發(fā)電站傳輸?shù)綌?shù)百萬的用戶家中,。這個系統(tǒng)儲存電能的功能是很有限的，所以如何預(yù)測用戶的用電量就變得至關(guān)重要,。電網(wǎng)的控制是基于每日的預(yù)測來進(jìn)行,，而電能是由發(fā)電站通過傳輸網(wǎng)絡(luò)輸送到配電網(wǎng)絡(luò)。大部分發(fā)電都需要由調(diào)節(jié)器來控制,。

而現(xiàn)在在某些國家,，以及將來的更多國家，綠色能源對于電網(wǎng)的貢獻(xiàn)將會越來越大,。它在電網(wǎng)中所占的比率,，由原來5%的水力發(fā)電,，上升到了有40%是太陽能和風(fēng)能發(fā)電。在大部分綠色電能中,，調(diào)節(jié)器要進(jìn)行的控制很少,。此外，電動交通工具也加入了變革的隊伍,。電動交通工具的大規(guī)模推廣,，將使電網(wǎng)的用電量加倍，并大規(guī)模地帶來了超大儲電能力,。用電量的上升,、綠色電能的推廣和不受控制的發(fā)電、電動交通工具的儲電能力被認(rèn)為是電網(wǎng)的完美風(fēng)暴,。這個方案就被稱為智能電網(wǎng),。它結(jié)合了嵌入式智能技術(shù)和實時通信與控制功能，能夠隨時與任何用戶進(jìn)行實時通信并控制其負(fù)載,。要實現(xiàn)這樣的通信功能,，就需要采用以電網(wǎng)作為主要通信媒介的PLC技術(shù)。

PLC技術(shù)早在20多年前就被用于中壓領(lǐng)域來控制電網(wǎng),。但在低壓側(cè)大規(guī)模使用PLC則是更近才開始。PLC技術(shù)的一個典型成功案例,，是意大利ENEL供電公司采用一個基于FSK和BPSK調(diào)制的窄帶PLC系統(tǒng)為3500萬用戶構(gòu)建一個AMM(自動電表管理)系統(tǒng),。此系統(tǒng)可每2個月自動抄讀一次3500萬臺電表。但是它的平均波特率不夠,，無法支持更多的實時通信和控制,，以及未來基于IPv6等通信協(xié)議的應(yīng)用。

要進(jìn)行更多的實時通信和控制,，以及未來基于IPv6等通信協(xié)議的應(yīng)用,，就需要一種基于OFDM調(diào)制的新一代PLC技術(shù)。其中兩種主要的OFDM方案,，就是現(xiàn)在的G3和PRIME技術(shù),。G3是一個由法國EDF電力公司發(fā)起，MAXIM和SAGEMCOM開發(fā)的方案,。這個方案在2009年被公布,，EDF計劃將在2013年試用2000臺采用G3技術(shù)的電表。

PRIME是一個由PRIME聯(lián)盟推出的一個開放式多供應(yīng)商解決方案,，該聯(lián)盟包含了30多個由供電公司,、表計廠家和ADD半導(dǎo)體、FUJITSU,、STM和TI等晶片供應(yīng)商組成的成員,。其中的表廠包括SAGEMCOM,、ITRON、LANDIS+GYR,、 ISKRA-MECO,、ZIV和SOGECAM。IBERDROLA是第一家推廣此方案的供電公司,，但現(xiàn)在EDP,、CEZ MERENI和ITRI也加入這個陣營。

IBERDROLA在2010年開始安裝10萬臺采用PRIME技術(shù)的電表,。該供電公司還計劃在2010年年底發(fā)布一個需量為100萬臺電表的新標(biāo),，并于未來3-5年在西班牙完成1000萬臺電表的安裝。其它一些供電公司也開始采用PRIME技術(shù),。G3和PRIME都是OFDM方案,，但發(fā)展歷史有所不同。G3最初是采用了一塊由MAXIM設(shè)計的芯片,，此芯片可提供適用于PHY層和某些現(xiàn)有軟件層的IEEE 802.15.4 2006通信,、適用于MAC層的6LowPAN和適用于網(wǎng)絡(luò)層的IPv6通信。

PRIME則是由一個供電公司,、行業(yè)廠家和大學(xué)研究所構(gòu)成的聯(lián)盟,，合作開發(fā)一個新型OFDM電力線技術(shù)公開標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)物。該聯(lián)盟采用一個針對PHY層的系統(tǒng)性設(shè)計流程,，從滿足最基本要求開始,。接下來就是從噪音等級、噪音節(jié)奏,、信號減弱和阻抗模式等要素來對物理媒介進(jìn)行定義,。行業(yè)廠家則開發(fā)用于這些目的的新型自動化產(chǎn)品，并和供電公司展開了多次合作,。由此產(chǎn)生了一個包含了噪音等級,、噪音節(jié)奏、信號減弱和阻抗模式等要素的大型數(shù)據(jù)庫,，和用于電網(wǎng)的精確數(shù)據(jù)統(tǒng)計模式,。

第二步，他們通過模擬的方法,，用這個模式來*估OFDM技術(shù)的頭實現(xiàn),、帶寬分配、子載波數(shù)量,、子載波調(diào)制和誤差糾正等多個參數(shù)構(gòu)成的不同組合,，并采用新設(shè)備在實地測試中來*估最好的方案。經(jīng)過多次的重復(fù)和大量的實地測試，他們根據(jù)歐洲電網(wǎng)的情況和供電公司的規(guī)格要求,，選擇出最佳的參數(shù)組合,。此外，MAC和上端通信層也是由一個包含了晶片供應(yīng)商,、表廠和供電公司的聯(lián)盟開發(fā)出來的,。

經(jīng)過努力，他們開發(fā)出了PHY,、MAC和集中通信層,。PHY層在臨近節(jié)點(diǎn)之間收發(fā)MPDU。它采用位于CENELEC A頻段高頻率的47.363 kHz頻率帶寬,，平均傳輸速率為70kbps,，最大速率可達(dá)120 kbps。在此條件下,，網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)之間可直接通信的概率為92%,。其它時候，路由可以確保100%連接成功,。

MAC層提供了系統(tǒng)接入,、帶寬分配、連接創(chuàng)建/維護(hù)和拓?fù)浞直娴群诵腗AC功能,。

服務(wù)專用型集中層(CL)可以對信息傳輸進(jìn)行分類,，將其和適合的MAC連接關(guān)聯(lián)起來。它可測定可能包含在MAC SDU中的任何數(shù)據(jù)傳輸,，也可具備有效負(fù)載頭壓縮功能,。同時，采用多個子集中層來實現(xiàn)MAC SUD中的各種不同的數(shù)據(jù)傳輸,。

在基本FSK或BPSK方案中,，信息是以單個載波來傳輸?shù)?。傳輸?shù)牟ㄌ芈嗜Q于帶寬的大小,，而噪音和選擇性減弱會限制通信。而在OFDM方案中,，信息是通過多個子載波來傳輸?shù)?。傳輸?shù)牟ㄌ芈嗜Q于帶寬和DBPSK、DQPSK或D8PSK子載波調(diào)制的復(fù)雜性,。通過采用多個子載波,、編碼和糾錯，更好地消除了通信中的噪音和選擇性減弱,。

符號的大小是由采樣頻率以及子載波的數(shù)量決定的,。符號越大，越能夠可靠地抑制脈沖噪音。編碼提高了穩(wěn)定性,，但也增加了復(fù)雜性和功耗,。子載波越多，通信穩(wěn)定性就越高,，但并不意味著波特率也越高,。

G3技術(shù)采用36個子載波、0.735ms的分類符號,、6.79ms的序和9.5ms的開頭,，需要重復(fù)法和RS糾錯來提高通信穩(wěn)定性。

PRIME采用了97個子載波,、2.24ms的長符號,、2ms的序和4.48的開頭。為了避免重復(fù)法和RS糾錯的復(fù)雜性,，它采用了能效高3倍的符號來提高通信穩(wěn)定性,。這是一個能夠提供穩(wěn)定性但成本更低的方案。

總之,，傳統(tǒng)電網(wǎng)在向需要更高級通信能力的智能電網(wǎng)發(fā)展,。PLC技術(shù)是實現(xiàn)必需功能和穩(wěn)定性的更便利的技術(shù)。PLC技術(shù)也在朝著OFDM方案變革,，而G3和PRIME則是主要的2個方案,。