一、概述

1、概念

電力線通信（PLC，Power Line Communication）技術，依據GB/T 31983.31中的定義：是指將信息數據調制到合適的載波頻率上，以電力線作為物理介質進行傳輸，實現在數據終端之間的通信或控制的一種技術。其實利用電力線進行通信業務信號的傳輸很早就有了，當時稱之為電力載波系統，它使用的是高壓或中壓電力線，主要是為變、配電站間提供數據（包括監控信號）及話音信號的傳輸。而最近所指的PLC技術則主要是指的一種接入技術，即充分利用最為普及的電力線網絡資源，室內無需布線，建設速度快、投資少，用戶通過遍布各個房間的電源插座就能進行高速上網，且實現“有線移動”，具備了其他接入方式不可比擬的優勢。因此，成為國內外廣泛關注的一個熱點技術。

2、特點

對于電力線通信（PLC）技術，其最中心的思想是為公眾用戶提供通信業務的接入，即解決的是我們常說的最后“一公里”的問題。而解決這個問題，PLC具有的最大優勢就是用戶接入零布線，同時可以實現“有線移動”接入。因此，電力線通信（PLC）技術是利用電力線作為通信信號的傳輸媒介，而電力線作為傳輸媒介，與專用的通信線相比，有著獨特的特性與特點。而這些特性，正是PLC要研究解決的內容，從而實現其通信業務的通信與傳輸。另外，為了適應電力線媒介，PLC往往采用正交頻分復用（OFDM）調制技術。

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3、分類

一是從電力線應用范圍分，可分為利用高/中壓配電網的通信系統和通常僅利用其中/低壓配電網的通信系統。前者重點應用于電力系統內部的通信系統（它可以提供長距離通信，如電力載波系統），后者多應用于公眾用戶的通信業務的接入系統。

二是從通信業務應用范圍分，這種分類方法通常是對利用中/低壓配電網的通信系統，它分為窄帶通信應用和寬帶通信應用。窄帶通信應用主要是利用3kHz~500kHz頻段，典型的低壓窄帶電力線通信應用情形包括智能電能表集中抄表（AMR）、AMI/AMM（高級量測體系/自動抄表）、家居智能控制、路燈控制、智能樓宇、四表集抄以及智能電網（Smart Grid）的其他應用，例如：電動車輛充電控制等。寬帶通信應用是可以實現為公眾用戶提供數據、話音、圖像等綜合業務的接入。寬帶PLC按應用的配電網電壓等級可劃分為低壓PLC和中壓PLC。低壓PLC利用低壓（220V/380V）電力線作為傳輸媒介，為用戶提供Internet接入、家庭局域網、遠程抄表、智能家居等應用。中壓PLC利用中壓（10kV）電力線作為通信鏈路，為接入骨干網、配電網自動化、用戶需求側管理及農村電話等應用提供傳輸通道。

二、典型的電力MODEM接入系統

下圖2為典型的一種低壓寬帶PLC系統應用示意圖，它是一種通過Modem（俗稱“電力貓”）的接入方式。在配電變壓器（10kV/380V）低壓出線端安裝PLC主站，它的主要功能是將電力線上的高頻信號調制或解調成為數據信號。PLC主站的一側通過電容或電感藕合器連接電力電纜，注入或提取PLC高頻信號；另一側通過傳統通信方式，如光纖、CATV、ADSL等連接至Internet。在用戶側，用戶的計算機通過RJ-45或USB接口與PLC Modem相連，普通話機則通過RJ-11接口連接PLC Modem，PLC Modem可直接插入戶室內電源插座，通過電力線實現高速數據傳輸。如果PLC高頻信號在傳輸過程中發生較大衰減，可以在適當的位置加裝中繼器以放大信號。下附錄2是利用“電力貓”方式并結合我國的配電網，對于高層建筑、低層建筑以及商業建筑的詳細接入方案介紹，以供了解。

圖1-3：通過Modem接入的典型寬帶PLC系統

附錄2：“電力貓”方式對不同建筑的接入方案

三、窄帶PLC系統

1、引述

窄帶PLC系統通常不向公眾用戶開放通信業務，主要是用電力系統的數據集采、監控和傳輸。在我國，這類窄帶PLC系統是由我國國家標準GB/T31983.31《低壓窄帶電力線通信系統 第31部分：窄帶正交頻分復用電力線通信的物理層規范》所規范的。它適用于 3kHz~500kHz頻段通過室內或室外低壓交流配電線或直流輸電線進行數據傳輸和通信。窄帶PLC系統將在智能電網及電力物聯網中大有用處。根據GB/T31983.31規定，該技術是基于正交頻分復用（OFDM）技術。

2、頻帶的劃分及應用

窄帶PLC系統適用于3kHz~500kHz頻段，為了保證不同應用之間的共存和防止相互之間的干擾，通過劃分頻帶來構建各類應用，對于該頻段，我國國家標準GB/T31983.11又從中劃分了三個頻段，并給出了相應的應用，具體詳見下表3-2中。

表3-2：窄帶PLC的頻段劃分及相應的應用規定

3、物理層

其物理層協議規范的基礎上，一個在低壓配電網上建立起的由多個通信節點組成的完 整PLC系統還包括數據鏈路層（DLL，由介質訪問控制子層 MAC和邏輯鏈路控制子層 LLC組成），以及與具體應用情形相關的應用層。物理層基于覆蓋 3kHz~500kHz頻段的窄帶OFDM技術，支持物理層信號幀以連續傳 輸方式或工頻同步過零時隙方式傳輸方式。

物理層發射端框圖見圖 3-3所示。發射端完成從輸入的數據比特到電力線傳輸信號的轉換。輸入的待發送數據比特經過比特加擾、 RS編碼、卷積編碼、打孔、比特重復、交織，然后進行比特到符號的星座映射，再將映射后的數據與導頻數據一起進行 OFDM符號的調 制，并插入循環前綴和加窗重疊，至此形成數據的幀體部分。數據幀體部分與前導、幀頭復接成發射信號幀，最終通過模擬前端注入到電力線進行傳輸。

圖 3-3：窄帶PLC系統物理層發射端框圖

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四、寬帶PLC系統

1、引述

寬帶PLC系統技術方式有多種。我國國家標準GB/T 33854《基于公眾電信網的寬帶客戶網絡聯網技術要求 電力線聯網》，規定了基于HomePlug AV技術的寬帶PLC系統。它規定了寬帶PLC系統的結構、物理層、MAC層、匯聚層、中心控制器、組網、管理消息和服務接入點等的內部技術要求。它只是基于HomePlug AV技術，不含采用其他技術的電力線客戶網絡內部聯網以及多種電力線共存的客戶網絡內部聯網要求。若要具體了解HomePlug AV技術的請查閱下附件4-1-1；HomePlug AV的版本已演進為HomePlug AV2，若要具體了解的請查閱下附件4-1-2。

附件4-1-1：HomePlug AV技術白皮書

附件4-1-2：HomePlug AV2技術白皮書

2、系統結構參考模型

寬帶PLC系統由下圖4-2所示的設備組成。系統中包含以下節點：中心控制器（CCo）、工作站（STA）；系統中還可能有代理控制器（PCo）、代理工作站（PSTA）和隱藏工作站（HSTA）。一個網絡中只能有一個CCo，其它的STA在CCo協同下工作。不能與CCo直接通信的STA為HSTA，HSTA通過代理控制器（PCo）或代理工作站（PSTA）同系統內的其他節點通信。

圖4-2：寬帶PLC客戶網絡系統的結構模型

3、物理網絡

工作站（STA）的物理網絡（PhyNet）是能和該STA在物理層通信的一批STA，也就是說在物理層可見的一批STA。在一個物理網絡中的所有STA都有相互影響的可能性，但它們也有能力通過協作將互不干擾降到最低。物理網絡是與一個給定的STA相關的。下圖4-3中給出了物理網絡的3個示例，圖中的線表明具備物理層通信的能力。圖中AVLAN是指HomePlug AV家庭邏輯網絡（HomePlug AV In-Home Logical Network）。

圖4-3：PhyNet和AVLAN示例

4、物理層

HomePlug AV的物理層采用OFDM調制技術，該技術能適應頻率選擇性信道，并有很好的抗窄帶干擾和脈沖噪聲的能力。通過對OFDM符號的時域脈沖整形，不需要帶阻濾波器就可以達到深度頻譜開槽的效果。HomcPlug AV 使用1.8 MHz~48 MHz的1 893個子載波，對30MHz以上的載波支持是可選的。在低于30 MHz 的載波中，917個用于子載波模板的調制。子載波間隔大約24.414 kHz。子載波根據信道的狀況可以采用PSK、QPSK、8-QAM、16-QAM、64-QAM、256-QAM或1024-QAM相干調制。收發器的物理層的功能模塊詳見下圖4-4。

圖4-4：寬帶PLC客戶網絡系統的OFDM收發器

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電力線通信（PLC）技術的應用重點是提供一種通信業務的接入方式。在眾多接入方式中，PLC接入雖有其獨特的優勢，但也存在實現技術復雜、可運營性和可管理性差，為普及應用帶來了一定影響。

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