在全球各地，中壓（MV）電力傳輸網(wǎng)（1–35kV）覆蓋了絕大多數(shù)區(qū)域。特別是在中國，這種電力傳輸網(wǎng)所覆蓋的范圍甚至超過無線通信。在地理區(qū)域上的覆蓋面如此廣闊，讓人們想象到，中壓電力傳輸網(wǎng)可以成為非常有價(jià)值的通信媒介。可是，目前中壓電力傳輸網(wǎng)最初根本就不是以數(shù)據(jù)傳輸為目的而建設(shè)的，其中存在著非常劇烈的噪聲、頻率選擇性衰減和干擾，并且各種狀況隨著時(shí)間的不同而差異很大，因而很難在其中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。盡管如此，近期的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)使得中壓電力傳輸網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸變得更加可靠、靈活，并且可以在更長的距離中實(shí)現(xiàn)。

　　中壓電力線數(shù)據(jù)通信有很多不同的應(yīng)用，其中最重要的是遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括故障探測與控制，特別是遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表（Automatic Meter Reading， AMR）。理論上，簡單的監(jiān)控活動(dòng)并不需要很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但實(shí)際上常見的情況是必須以重復(fù)傳輸?shù)姆绞絹硖岣哌h(yuǎn)距離通信的可靠性。重復(fù)傳輸就會(huì)降低實(shí)際可用的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　在北美、日本和中國，規(guī)定用于電力線通信的傳輸頻率是500kHz 以下（低于無線AM），這基本上是合理可用的通信頻段。本文就是討論在這個(gè)頻段上的電力線通信——窄帶電力線通信（NB PLC）。

　　電力線通信的技術(shù)挑戰(zhàn)

　　目前，在中壓電力傳輸網(wǎng)中使用的窄帶通信技術(shù)主要有三種：

　　* 單載波調(diào)制，例如二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）和頻率鍵控（FSK）

　　* 正交頻分復(fù)用（OFDM）

　　* 直序擴(kuò)頻通信（DSSS）配合碼分多址（CDMA）

　　單載波調(diào)制電力線通信系統(tǒng)看上去很適合用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表（AMR），因?yàn)樗旧砭哂械牡统杀緝?yōu)勢。但是，在噪聲和信號(hào)傳輸?shù)葐栴}沒有得到解決之前，該技術(shù)很難實(shí)用化。可靠性問題主要是由于信道中的信號(hào)衰減和窄帶干擾源引起。電力線通道中的情況極為復(fù)雜，為數(shù)據(jù)通信帶來非常多困難。不幸的是，簡單性是一般的窄帶通信技術(shù)的固有特點(diǎn)，而這意味在復(fù)雜環(huán)境的通信信道中其總會(huì)顯得十分脆弱。最近發(fā)展起來的技術(shù)，例如正交頻分復(fù)用（OFDM）和直序擴(kuò)頻通信（DSSS）對(duì)于抵抗窄帶干擾和多徑效應(yīng)十分有效，因而成為高速數(shù)據(jù)通信的理想方式。盡管OFDM已經(jīng)在寬帶通信領(lǐng)域應(yīng)用很久，但直到最近才逐漸用于窄帶的電力線網(wǎng)絡(luò)中。這種技術(shù)在穩(wěn)定性方面的特色也使其成為遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表網(wǎng)絡(luò)的不錯(cuò)方案。

　　在一個(gè)特定的智能電網(wǎng)中，設(shè)計(jì)通信方案要考慮的問題很多，并且各不相同。其中最關(guān)鍵的問題通常是網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)和通信負(fù)載量。這也意味著，沒有任何兩個(gè)中壓電力網(wǎng)完全相同。圖1（a）和圖1（b）分別呈現(xiàn)了中國河北省某個(gè)區(qū)域平常的典型狀況和最壞的狀況。為了提高在中壓電力網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕仨毑捎酶冗M(jìn)的通信策略，以便克服噪音干擾以及某個(gè)頻帶臨時(shí)性或者永久性阻塞。

　　OFDMA在智能電網(wǎng)中的妙用

　　要在電力線這種高噪聲信道中傳輸大量數(shù)據(jù)，正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種不錯(cuò)的方法。這種技術(shù)之所以有效，是因?yàn)樗研盘?hào)分割成很多子信號(hào)并以多個(gè)不同的（正交）頻率傳送出去。每個(gè)更小的數(shù)據(jù)流被分配到單個(gè)的子載波上，并以某種相鍵控（PSK）或者正交幅度QAM進(jìn)行調(diào)制。除了具有很高的頻率利用率，OFDM還可以減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的握手信號(hào)，從而抵抗干擾和多通道中易發(fā)生的頻率選擇性衰減。

　　盡管OFDM比較適合用于智能電網(wǎng)中的高噪聲環(huán)境，但是在極端惡劣的高噪聲環(huán)境中，它還是不足以解決所有問題。為了進(jìn)一步提升OFDM方法的可靠性，可以把它們組合成多路訪問陣列，這就是OFDMA。

　　OFDMA（正交頻分多路訪問）是一種多用戶版本的OFDM。多路訪問是通過把子載波分組指定給單個(gè)數(shù)據(jù)流來實(shí)現(xiàn)的，這就允許同時(shí)傳送好幾個(gè)單數(shù)據(jù)流。OFDMA進(jìn)一步提升了OFDM克服衰減的穩(wěn)健性，但更重要的是，單個(gè)數(shù)據(jù)流既可以用于多個(gè)節(jié)點(diǎn)（電表）的同時(shí)通信，也可以用來實(shí)現(xiàn)冗余以改善系統(tǒng)的可靠性。

　　圖2呈現(xiàn)的，是采用OFDMA的冗余策略。與現(xiàn)有電力線通信方案相比，這種方法抵抗噪聲的能力提高了18db。從圖2可以看出，盡管有一半通道因?yàn)樵肼暥枞杂辛硪话霐?shù)量的通道可以正常工作，從而保證了100%的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诌_(dá)率。所以，OFDMA可以顯著地提高數(shù)據(jù)吞吐量，同時(shí)也可以顯著提高可靠性。

　　Semitech半導(dǎo)體已經(jīng)推出了業(yè)界首款基于OFDMA技術(shù)的電力線路通信收發(fā)器SM2200。這款新一代OFDMA電力線通信收發(fā)器專門針對(duì)雜訊嚴(yán)重的電力網(wǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)，并且面向特定的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用。SM2200能提供最高可靠性級(jí)別的供電線路通信，同時(shí)重點(diǎn)引入了高級(jí)電表架構(gòu)（AMI）和自動(dòng)抄表系統(tǒng)等應(yīng)用，充分滿足了用戶對(duì)低成本和高性能的要求。

　　SM2200不僅解決了速率的自適應(yīng)調(diào)整問題，還能夠?qū)崿F(xiàn)“頻率捷變”（frequency agile），從而實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定可靠的通信。SM2200能夠根據(jù)不同的噪聲環(huán)境，自動(dòng)選擇最高效率的傳輸頻率。它還采用了多址（Multi Access）架構(gòu)設(shè)計(jì)，提供更高的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)并發(fā)通信。

　　面向SM2200的應(yīng)用包括高級(jí)電表架構(gòu)與自動(dòng)抄表系統(tǒng)、路燈控制系統(tǒng)、智能化家庭電力管理、家庭自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化以及其他各類需要利用供電線路進(jìn)行通信的應(yīng)用部署。目前，SM2200所采用的技術(shù)已經(jīng)在中國地區(qū)2000多個(gè)節(jié)點(diǎn)上成功地完成了測試和部署，取得了包括上述圖表在內(nèi)的大量珍貴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為今后的大面積普及應(yīng)用奠定了獨(dú)一無二的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。