图11.21高压电力线通信系统从占用频率带宽的角度来说，电力线通信可分为窄带和宽带电力线载波通信。后期发展的中、低压PLC除了支持窄带业务外，常用来支持宽带数据业务，因此也称为宽带电力线数据通信。如图11.22所示，基于PLC的接入技术为宽带网络运营商提供了新的入户解决方案，速率可达45 Mbit/s。图11.22PLC宽带接入典型应用......
2023-06-26
电力线接入系统优化为：电力线接入解决方案
【摘要】：图11.29和表11.3分别为G3-PLC标准中基于OFDM 调制的物理层结构框图和系统参数，与无线OFDM 收发机类似。图11.29G3-PLC系统中基于OFDM 的物理层结构框图表11.3G3-PLC系统OFDM 参数
如前所述，电力线通信可分为窄带和宽带两种类型，其中高压电力线主要用于电力专网的窄带通信，低压电力线主要用于终端用户的宽带通信，它们的系统结构与所依托的电网结构密切相关。
1.窄带电力线专网通信系统
高压电力线上有工频大电流通过，载波通信设备必须通过高效安全的耦合设备才能与电力线相连。这类耦合设备既需要保证载波信号的有效传送，又要不影响工频电流的传输，还需要能方便地分离载波信号与工频电流。此外，耦合设备还必须防止工频电压和电流对载波通信设备的损坏，确保其安全性。因此，系统设计需要考虑电力线特有的耦合设备、电磁干扰和50 Hz工频谐波干扰。
窄带电力线专网通信系统主要由电力载波机、电力线和耦合设备组成，如图11.27所示。
图11.27 窄带PLC通信系统组成
①电力载波机主要实现对用户原始信息的调制与解调，并满足通信质量的要求。载波机一般放置在发电厂或变电站内，采用频分多路（FDM）和单边带幅度（SSB）调制方式；为保证信噪比，一般发射功率较大。
②耦合装置包括线路阻波器、耦合电容器、结合滤波器和高频线缆，与电力线一起组成高频信号通道。其中线路阻波器串接在电力线和变电站母线之间，其作用是通过工频电流，并阻止高频载波信号泄漏到电力设备（变压器或电力线分支线路等），以减少电力设备对高频载波信号的介入损耗，以及同一母线不同电力线上高频通道之间的相互串扰。耦合电容器和结合滤波器构成一个带通滤波器，称为结合设备，其作用是通过高频载波信号，并阻止电力线上的50 Hz工频电压和电流进入载波设备。高频线缆用于连接载波机和结合设备。耦合方式包括相地耦合、相相耦合和混合耦合。相地耦合将载波机连接在一根相导线和大地之间，只需一个耦合电容器和一个线路阻波器。相相耦合将载波机连接在两根相导线和大地之间，需要两个耦合电容器和两个线路阻波器。
③电力线用于传输电能和高频载波信号。我国规定的窄带电力线通信工作频段为40～500 k Hz。一般将载波频率范围划分为基本单元，称为基本载波频带，提供给一路单方向电力线载波通路传输信息。基本载波频带的具体选择由不同国家或地区分配，通常为4 k Hz，有的国家选用2.5 k Hz或3 k Hz。由于采用频分多路方式，一台电力载波机单方向载波通路所用带宽为基本载波频带或其整数倍，通信速率为1 200 bit/s或更低。这类系统主要用于传输电话、自动化信息和电力线保护信号等电力专网业务。
2.宽带电力线接入网
低压电力线接入网的核心称为通信基站，负责将电力线接入系统连接到骨干通信网中。接入网的结构和通信基站的位置相关，图11.28给出了两种方案示例。图11.28（a）的方案将通信基站设置在变压器的位置，接入网的结构和低压供电网的拓扑结构一致。图11.28（b）的方案将通信基站设置在接近接入网用户的地点或其他任何位置，接入网的拓扑不同于低压供电网的拓扑结构，这种情况下通信基站的位置只能沿着已经存在的低压供电网移动。这样，在网络中改变的仅仅是基站和用户之间的距离。因此低压电力线接入网的拓扑一般是保持不变的，基本保持树型结构。
图11.28 宽带电力线接入网络的拓扑结构
整个低压供电网可以配置成一个电力线接入网，也可以配置成多个电力线接入网，即将供电网分成多个部分，每一部分配置一个独立的通信基站，每个通信基站覆盖一个接入网。这种方式降低了接入网的最长距离，从而可以减小信号发射功率；同时网络用户的数目降低，可以为每个用户提供更大带宽。
实现高速电力线接入的一个关键是引入正交频分复用（OFDM）技术。与无线传输中的OFDM 思想类似，宽带电力线接入网中的OFDM 技术也是将可用信道带宽划分为若干正交子信道，每个子信道都可近似看作理想信道。利用子载波之间的正交性，可使用多个子载波传输一定速率的数据，总速率等于各个子载波传输速率的总和。在任何失真的信道中都可以采用OFDM 技术，特别是在频率选择性衰落的信道中。OFDM 能够独立选择各信道的功率分配及每个符号包含的比特位，遵循保证每个子信道的误码率均衡的原则，对于较低信噪比（SNR）的子信道，采用较低的调制阶数，而对于较髙SNR 的子信道，则采用较高的调制阶数。当某个子载波受到强干扰影响，致使接收信号的SNR 达不到正确接收信号的要求时，则放弃使用该子载波传输数据。根据信道条件，采用优化的调制阶数和功率分配可以实现10 Mbit/s，甚至100 Mbit/s的高速数据传输。
图11.29和表11.3分别为G3-PLC标准中基于OFDM 调制的物理层结构框图和系统参数，与无线OFDM 收发机类似。发送的数据信息首先进行加扰处理，然后经过Reed-Solomon（R-S）编码器和卷积编码器组成的内外编码。R-S编码提供冗余比特，使接收端在由于背景噪声和脉冲噪声造成比特丢失的情况下自行纠错。编码后的信息进行交织处理，使成块的突发错误随机化，以便接收端通过译码进行纠错。交织处理后的数据信息映射为复值信号点，通过IFFT 产生OFDM 符号。这些信号点由不同的相位调制产生，被分配到不同的子载波上。每个OFDM 符号都要插入循环前缀（CP），选择合适的循环前缀长度，以对抗多径时延干扰。插入循环前缀的OFDM 符号要经过加窗处理，G3_PLC 系统采用升余弦窗函数，并且相邻符号首尾8个采样点叠加覆盖。最后经过数模转换，将OFDM 数字信号转换为模拟信号后发送出去。接收端的处理与发送端类似，是逆操作的过程，并且要考虑符号同步和信道估计等。
图11.29 G3-PLC系统中基于OFDM 的物理层结构框图
表11.3 G3-PLC系统OFDM 参数
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