用PLC技術(shù)在電線傳輸電力載波信號(hào)時(shí),接收終端的調(diào)制解調(diào)器再?gòu)碾娏髦邪研盘?hào)分離出來(lái),以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。例如在高速互聯(lián)網(wǎng)接入應(yīng)用時(shí),發(fā)送端利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,然后在電力線上傳輸載波信號(hào);在接收端,先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出,再經(jīng)過(guò)解調(diào),就可得到原信號(hào)。
PLC設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器,局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通信并與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí),來(lái)自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后,通過(guò)用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備,局端將信號(hào)解調(diào)出來(lái),再轉(zhuǎn)到外部的互聯(lián)網(wǎng)。一般采用兩種技術(shù)方案在電力線上傳輸這些信號(hào),即電力線數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)(SST)和正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OFDM)。
SST技術(shù)
擴(kuò)頻通信利用高速率的擴(kuò)頻碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,拓展信號(hào)帶寬,降低干擾信號(hào)的功率譜密度,達(dá)到提高信噪比、抗干擾、多用戶共享帶寬的目的。同時(shí),SST技術(shù)可以充分利用傳輸頻帶,實(shí)現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸,得到可靠的數(shù)據(jù)通信。SST技術(shù)容易實(shí)現(xiàn),自動(dòng)選擇高信噪比頻段,抵御瞬間干擾;但碼間干擾嚴(yán)重,需要非線性均衡器。
相對(duì)于窄帶通信而言,擴(kuò)頻通信在抗干擾方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閿U(kuò)頻載波信號(hào)的帶寬通常較大,其受干擾的頻率范圍所占比例相對(duì)減小,大多數(shù)的信號(hào)都能夠完整、正確地傳輸。對(duì)于最常見(jiàn)的脈沖噪音而言,盡管窄帶通信中的接收器通帶較窄,僅有一小部分噪音可以進(jìn)入接收器,但由于此類(lèi)接收裝置中的濾波器品質(zhì)因素較高,瞬間的脈沖噪音會(huì)使其發(fā)生自干擾而引起誤操作;若使用低品質(zhì)因素的濾波器又會(huì)加大通帶的帶寬,令更多的噪音進(jìn)入接收器,故窄帶通信對(duì)脈沖噪音的抵抗性較差。然而利用擴(kuò)頻技術(shù),當(dāng)接收到具有高能量的噪音信號(hào)時(shí),接收器便會(huì)在噪音的高能部分到達(dá)時(shí)自動(dòng)停止工作,接收方只用對(duì)一小部分受影響的信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)解碼即可;另外,擴(kuò)頻接收設(shè)備使用的濾波器品質(zhì)因素較低,不會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)白干擾現(xiàn)象。
從目前來(lái)講,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻有三種途徑:直接序列調(diào)制、跳頻載波和利用線性調(diào)頻波(Chirps)掃描頻率進(jìn)行載波。
· 直接序列調(diào)制(Direct-Sequence Modulation):此技術(shù)是將信號(hào)的能量平均分布于整個(gè)頻帶內(nèi),并通過(guò)偽隨機(jī)序列將數(shù)據(jù)流倍加來(lái)使信號(hào)得以擴(kuò)頻,此序列具有數(shù)倍于所傳信號(hào)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位率的符號(hào)速率。
· 跳頻載波(Frequency—Hopping):即擴(kuò)頻信號(hào)在某一頻率通過(guò)延續(xù)一段時(shí)間,來(lái)代表數(shù)據(jù)的一位、幾位或是一位的一部分。當(dāng)信號(hào)在某一頻率上受到干擾時(shí),信號(hào)就可切換到擴(kuò)頻帶寬內(nèi)的其他頻率上去,因而大大降低了其受干擾的程度,這種方法對(duì)于鄰近信道(CW)干擾有較強(qiáng)的抵抗性。
· 利用掃描頻率的Chirps進(jìn)行載波:此方法多用于類(lèi)似于以太網(wǎng)的CSMA網(wǎng)絡(luò),它利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體,每個(gè)chirps一般持續(xù)100μs,它代表了最基本的通信符號(hào)時(shí)間(UST)。這些chirps覆蓋了100-400kHz的頻帶,并總是以200-400kHz的頻率開(kāi)始,繼而以100-200kHz的頻率結(jié)束。由于chirps信號(hào)的線性掃描帶寬比信號(hào)帶寬要大得多,其線性加速度是較高的,而CW干擾的頻率加速度一般是穩(wěn)定的,所以只要將濾波器設(shè)計(jì)成只能通過(guò)具有特定角加速度的信號(hào),就可以將CW干擾排除在外。
OFDM技術(shù)
OFDM技術(shù)采用多路窄帶正交子載波,同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù),每路信號(hào)的碼元周期較長(zhǎng),可以避免碼間干擾。通過(guò)動(dòng)態(tài)選擇子載波,可以減少窄帶干擾和頻率谷點(diǎn)的影響。在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交,其頻譜相互重疊,這樣不但減小了子載波間的相互干擾,而且又提高了頻譜利用率,還可以抑制等幅波干擾。在高速PLC系統(tǒng)中,OFDM技術(shù)可以提高電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量,即便是在配電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾的情況下,OFDM也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率,而且適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)技術(shù)可以確?煽康臄(shù)據(jù)傳輸。但OFDM收信機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,且要求寬動(dòng)態(tài)范圍的線性放大,對(duì)瞬間干擾敏感。
早在20世紀(jì)60年代OFDM技術(shù)便在軍用高頻通信系統(tǒng)得到了應(yīng)用,但由于OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,而使其進(jìn)一步推廣受到限制。直到70年代,人們提出了采用離散傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制,以軟件方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的OFDM處理,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使得OFDM技術(shù)更趨于實(shí)用化。近年來(lái),由于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的飛速發(fā)展,OFDM作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形間干擾的高速傳輸技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于民用通信系統(tǒng)中。而今,OFDM技術(shù)已應(yīng)用于高速M(fèi)ODEM和無(wú)線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。第四代移動(dòng)通信(4G)中將采用OFDM技術(shù),這使數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到10Mbps,目前在無(wú)線局域網(wǎng)中也已采用了該技術(shù)。正在籌備之中的數(shù)碼地面波電視播放以及正在開(kāi)發(fā)中的高速無(wú)線LAN IEEE802.11a都預(yù)定采用這項(xiàng)新技術(shù)。
現(xiàn)有的幾種寬帶接入手段,例如ADSL、有線電視寬帶和以太網(wǎng)等,存在一些問(wèn)題,例如:
· ADSL對(duì)高端用戶接入速度不夠快, 對(duì)低端用戶來(lái)說(shuō)包月費(fèi)用較高
· 有線電視寬帶接入存在網(wǎng)絡(luò)改造成本過(guò)高的問(wèn)題,穩(wěn)定性不佳。
· 以太網(wǎng)多在新建小區(qū)中推廣,而在已投入使用的小區(qū)中布設(shè)以太網(wǎng)接入,存在施工量大周期長(zhǎng)、初期投資大等弊端。
作為一種嶄新的寬帶接入技術(shù),PLC適時(shí)切入,市場(chǎng)空間仍然很大。如果能利用通達(dá)家家戶戶的220V低壓電力線傳輸高/低速數(shù)據(jù),PLC則有以下明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì):
· 采用電力線(中/低壓)作為信息傳輸通道,可提供最廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。
· 充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,無(wú)需在室內(nèi)重新布線,任何一個(gè)插座都能成為通信節(jié)點(diǎn),從而降低了投資成本,也使用戶的使用更加便捷。
· 提供廉價(jià)的高速互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。
具有多個(gè)PLC終端設(shè)備的家庭,可以實(shí)現(xiàn)家庭聯(lián)網(wǎng),使人們可以盡享由PLC技術(shù)帶來(lái)的家庭音視頻網(wǎng)絡(luò)、游戲等娛樂(lè);通過(guò)遍布各個(gè)房間墻上的插座將智能家電聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,提供數(shù)字化家庭的舒適、便利和安全。