电力线通信实现智能电网连接

噪声可变性，PLC设备必须能够估计带内噪声电平以及每个载频点的接收信号强度，然后通过修改通信频率和调制机制来确保可能最佳的数据传输效果。通过测量带内噪声和每个频率点的接收信号强度可以为通信系统选出最佳频率。

PLC技术

低压(LV)和中压(MV)网络主要采用以下三种窄带通信技术中的一种：单载波调制，如二元相移键控(BPSK)和频移键控(FSK)；正交频分复用(OFDM)；直接序列扩频(DSSS)，再加上码分多址(CDMA)。

应用最为广泛的窄带PLC解决方案使用相对简单但具有特别高性价比的FSK和BPSK调制技术。这些技术组成了多种具有互操作性的标准的基础，其中最著名的是Lon和DLMS标准。

Lon在ANSI/EIA框架下实现了标准化，针对介质访问控制(MAC)层和物理层的标准号分别是EIA-709.1和EIA-702.2。DLMS在国际电子技术委员会(IEC)框架下实现了标准化，标准号是IEC 62056和IEC 61334。

为了确保在有噪声的环境中可靠工作，FSK和BPSK器件必须测量带内噪声电平以及每个频率点的接收信号强度，然后由软件为可靠通信选择最佳频率。例如，Semitech公司的SM6401 PLC收发器就可以估计带内噪声电平和每个载频点的接收信号强度，然后由软件为数据传输选择最优频率。

通信技术的跨越式发展促进了更先进调制技术的开发和部署。例如，OFDM被证明特别高效，因为它能适应有噪声的环境，可以在CENELEC工作频段上实现更高鲁棒性、更强功能的通信网络。OFDM为PRIME联盟和G3-PLC等新标准的制订奠定了坚实基础。

Semitech公司开发的SM2200是专门为支持低压(<100V)和中压(1kV至33kV)配电网络上的应用开发的先进OFDM解决方案之一(图1)。SM2200可以处理速率高达175kbit/s的数据，它将54个载波组成了18个独立的信道。

OFDM及OFDMA提升智能电网通信质量

OFDM在有噪声的信道(如电网)上发送大量数字化数据。OFDM将信号分成多个更小的子信号，然后用不同(正交)的频率同时发送出去。每个更小的数据流再映射到各个数据子载波，并使用某种形式的相移键控(PSK)或正交幅度调制(QAM)(如BPSK或正交相移键控(QPSK))进行调制。

除了具有很高的频谱效率外，OFDM系统还能减少信号传输中的串扰。另外，OFDM还能高效地克服由多径效应造成的干扰和选频衰落。

虽然OFDM可以解决有噪声的智能电网环境中的通信问题，但与在这些非常恶劣的条件下实现可靠通信还有点距离。因此，为了提升可靠性，OFDM方法可以与多址机制结合起来实现正交频分多址(OFDMA)。

在SM2200中，OFDMA的多址技术是通过将子载波的子集分配给各个数据流实现的(图2)。这样可以同时传送多个单独的数据流。

OFDMA进一步改善了OFDM在抗衰落与干扰方面的鲁棒性。但更重要的是，单独的数据流可以用来与多个节点(电表)同时通信，或者通过冗余特性显著提高系统可靠性。

本文小结

恶劣的噪声、设备的变化以及不同标准使得电网通信十分困难。可靠的通信机制可以通过增加带宽和减少数据包重试次数提高吞吐量。这对智能电网实现来说特别重要，因为集中装置可以与更大数量的电表进行通信。这种吞吐量可以支持多种日常抄表，因而能对电网实现更好的控制。

像BPSK和FSK等传统PLC技术在这些充满噪声的环境中是不够用的，这促使人们对OFDM调制解调器产生了浓厚的兴趣，因为它们能极大地改善通信带宽和可靠性。多址信道(或众所周知的OFDMA)可以将子载波的子集分配给单独的数据流，进而提供更大的频率灵活性。