Abstract: Low-voltage power line carrier communication is a kind of technology that is specially

designed to communicate on the power line of transmission power, which is different from

conventional optical fiber communication, GPRS communication and RS-485 communication

mode. With the rapid development of the technology and user requirements for new business

services continues to increase, the price of the low power line carrier communication technology,

the advantages of convenient use, providing a broadband service will have a great development

space. This paper will introduce the classification of low-voltage power line carrier technology,

domestic and international development status and application fields.

Key words: Low-voltage power line carrier communication    Remote automatic meter reading

system   OFDM

【中图分类号】TN913.6 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）11-0000-00

1 引言

低压电力线载波通信(Low Voltage Power Line Carrier Communication)，简称为LV-PLC，是指利用380V/220V低压配电线作为传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。其基本原理是用载波调制的方法将携带数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上，把载有信息的高频加载于电流，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号取出，再经过解调，就可得到原通信信号，并传送到下一级的数字设备中，以实现信息传递^[1]。由于配电网是目前覆盖范围最广的网，电力线作为传输线路，机械强度高，可靠性好，与电网建设同步，不需要建设通信线路的新投资和日常维护费用等得天独厚的优点，随着Internet技术的飞速发展和广泛应用，在220V/380V的低压配电网上实现高速率数据、语音传输的价值越来越为人们所重视，低压电力线载波通信逐渐成为宽带网络接入“最后一公里”问题解决方案最具竞争力的技术之一。

2 技术分类

现有的低压电力线载波通信技术可以从调制方式、传输速率、带宽等几个方面来分类。

从带宽大小的角度来说，目前电力线载波技术分为两大阵营，一种是低速窄带阵营，采用9k～500kHz的频段载波，通信速率小于1Mbit/s的电力线载波通信技术，它多采用普通的FSK技术、PSK技术、直接序列扩频技术和线性调频Chirp技术等；另一种是高速宽带阵营，采用2MHz～30MHz的载波频率，速率通常在1～200Mbps之间，基于成熟的DMT调制方式。宽带电力线载波技术多采用正交频分复用OFDM技术，主要用于为居民用户提供宽带上网和话音业务。在各种扩频调制方式中，由于采用正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM) 调制具有突发模式的多信道传输、较高的传输速率、更有效的频谱利用率和较强的抗突发干扰噪声的能力，再加上前向纠错、交叉纠错、自动重发和信道编码等技术来保证信息传输的稳定可靠，因而成为电力线上网应用的主导通信方式^[2]。

从技术发展的角度来说，电力线载波通信分为传统的频带传输技术和目前流行的扩频通信(SSC)技术：所谓频带传输就是用载波调制的方法将携带信息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上。其基本的调制方式分为幅值键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)以及相关派生的调制技术。传统的载波通信原理的最大弱点就是去噪能力有限，所谓扩频展谱通信是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽，频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据^[3]。

目前，电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。

3 国内外发展现状

3.1 电力线窄带载波发展现状

电力线载波通信技术的发展从上世纪40年代在东北电网应用以来，到现在已经经过了70多年的发展历史，主要历经了模拟电力线载波机、数字化电力线载波机、全数字电力线载波机三个阶段。我国大规模地开展用户配电网载波应用技术的研究是在2000年左右，目前在自动集抄系统中采用的载波通信方式有扩频、窄带调频或调相。在使用的设备中，以窄带调制类型的设备为多数，其主要原因可能是其成本低廉。随着低压电力线载波通信技术逐步完善，国内有多家(东软、鼎信、晓程、弥亚微、瑞斯康、力合微、深国电、中电华瑞、东软、中信等)企业专注于技术开发和应用，采用的技术主要有扩频加窄带频移键控(FSK)、扩频加窄带相移键控(PSK)、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)等，在用电信息采集、智能家居能源管理、楼宇监视和路灯控制等领域均有大规模的应用。

国外低压电力线窄带载波通信应用在电力部门的自动负载控制和自动抄表领域起步较早，欧洲，英国SWAB公司1993年就实现了地区范围内远方抄表、自动收费、系统能源管理的功能。欧洲、美国以及国际上相关组织联盟先后推出多种窄带PLC标准，并规定了技术类型，典型技术有：扩频型频移键控(S-FSK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、多载波调制(MCM,Multi-Carrier Modulation，例如正交频分复用OFDM或离散多音频DMT)等。窄带OFDM PLC技术基本上自2008年开始作为新一代窄带电力线载波通信技术在国外迅速发展，取代早期的通信速率慢、抗干扰能力差的单载波调制技术，使窄带电力线载波通信进入“第二代”。国外的芯片生产厂商，如TI公司，意法半导体，ABB，MAXIM，瑞萨电子等等，均生产了成熟的第二代窄带电力线载波芯片产品。深圳力合微电子研发团队于2009年在北京发布了芯片LME2980，开启了国内第二代电力线载波通信时代，使中国在这一通信领域走在了国际的前列。国外的电力线载波通信芯片根据北美、欧洲等地区频率、标准、电网特性开发，在国内也有一些推广，但由于我国电网环境的复杂性，实际测试及运行结果并不理想，性能大多不如国内的PLC产品。

3.2 电力线宽带载波发展现状

近年来，国内外开始普遍向宽带大容量、高速率PLC转移，通常称之为宽带电力线载波技术或称之为BPL。国外宽带电力线载波的研究起步较早，早在2000年，美国Intellon就率先推出了14Mbit/s芯片进入市场，西班牙芯片厂商DS2抢先在2004年12月推出200Mbit/s芯片，高速率PLC芯片市场已由欧、美、日三大阵营各据一方。为解决低压电力线宽带载波通信核心芯片一直以来依赖进口的问题，实现电力线宽带通信技术的自主发展，国家大力支持研制具有自主知识产权的电力线宽带通信芯片及其实用化解决方案。2013年深国电正式发布了中国首款自主知识产权的电力线宽带载波通信芯片，标志着电力线宽带载波通信迈入中国“芯”时代。现如今，我国多家公司的产品(深国电、中电华瑞、东软、中信等)，在通信能力、稳定性、可靠性和抗干扰能力等方面均达到国际先进水平，在电力线宽带接入和基于电力线宽带的用电信息采集等方面都有了较为成熟的应用。

4 工程应用

电力线载波通信在电力系统通信网中有着独特的优势，其稳定的使用条件和良好的应用前景及潜在的巨大市场己为世人所关注,也成为世界各大公司及研究单位争相研究的热点，特别是在远程抄表系统、电力线上网以及智能家居方面，已经取得了一定的成果。

4.1 远程自动抄表系统

所谓远程自动抄表系统就是利用现有的电力线为媒介进行数据收集，自动采集各种计量表的读数如：电表、水表、煤气表、冷气表等。在电能抄表中，电力线载波抄表不但有效降低系统成本，同时可以方便快捷地实现自动抄收负载控制、变压器监控、电能质量远程测量、安全监视、分时费率(TOU)、动态计费和其它各种增值服务。利用计算机的强大功能抄收的数据可立即处理形成报表，同时利用双工通信可以很容易实现监控用户用电参数、欠费断电等其他系统没有的功能。随着各种抄表自动计量装置产品的间世，“人工抄表”将在不久的将来会被自动抄表系统所取代^[4]。

4.2 电力线上网

电力线上网(Power Line- Communication)即利用电力线来进行网络数据的传输，只需借助电力猫就可以实现数据语音和视频等多业务的承载。电力猫安装简单，即插即用，拓展性强，穿墙效果优于无线路由器，无需重新布线就能实现无线网络扩展、有线网络扩展、网络监控功能，手机和PC等上网设备可轻松地通过家中供电线路连接Internet互联网络。

4.3 智能家居

智能家居控制网可用电力线载波技术来实现，其原理是将电力载波技术集成后嵌入到各电器中去，并利用家庭现有的电力线作为载波通信媒介，实现智能设备之间的通信与控制。智能家居控制网中智能电器的互联互动，将为您带来高品质的生活体验和生活享受：随时查询所有电器状态；任一开关集中控制家中所有智能电器设备；组开组关指定电器，如场景灯等；随时掌握家庭安防情况，如防盗、火警、探测燃气泄漏等；通过互联网或电话对家中电器进行远程控制。

5 结束语

虽然电力线载波通信技术的研究在我国起步较晚，但近几年电力线载波通信产品市场规模迅速扩大，国内各厂家的技术开发实力也有显著的提高，需要注意的是我国电力线载波通信软件设计企业在物理层调制解调方式多元化、路由方式多样化等方面仍有提升空间。毋庸置疑，随着科学技术的发展与进步，电力线载波通信将会继续为我国建设坚强智能电网发挥重要作用，为我国的电力事业蓬勃发展做出新的更大的贡献。

参考文献

[1]邹志威,陈启美,左雯.跻身未来的电力线通信[J].电力系统自动化,2003,27(3):77∼76.

[2]姚轶等.利用OFDM 技术在低压电力线上实现高速数据传输,现代通信与网络技术[J].2007,24(10):675∼686．

[3]张锐.基于多载波扩频理论的低压电力线数据通信技术的研究[D].哈尔滨理工大学博士学位论文,2006:16∼20．

[4]邵源,钟炬,等.关于低压用户集中抄表系统综述[J].电力系统自动化,1999(9).56∼59.