引言：PLC是智能电网通信的第一选择，在实现PLC的各种调制方式中，窄带单载波方案已有成熟应用，OFDM因为出色的抗干扰特性及宽带通信能力，将成为PLC技术的发展趋势。
“自知者智”，实现电网智能化，首先要建立在对电网自身以及终端用户情况充分了解的基础之上，这就需要电网具备双向通信功能。在实现智能电网通信的各种技术中，因利用现有电力线网络而无需重新布线，以及不存在微波传输固有的视距限制和其他无线传输方式受建筑物阻碍所带来的传输距离有限等问题，加之电力线本身就属于电力公司管辖，电力线载波(PLC)成为实现智能电网通信的首选技术。
目前在实现各种PLC的调制方式中，正交频分复用技术(OFDM)最受关注，而FSK等单载波方式在实际应用中已有大规模使用案例。具体选择何种技术实现智能电网PLC应用，需要衡量各种方案的成本、抗干扰能力、整体方案成熟度等各个方面。
智能电网通信及PLC的基本结构
下面以应用最广泛的远程抄表(AMR)为例说明。总体而言，智能电网通信可以分成以下三部分：广域网(WAN)、邻域网(NAN)和个域网(HAN)。广域网负责从电力公司的控制中心到下游集中器之间的长距离连接，这部分的通信可以由现有的蜂窝网络比如GPRS或者3G无线通信来满足，PLC也可成功用于WAN的中压部分。邻域网解决广域网和个域网之间的通信，在邻域网中，数据从多个个域网节点被采集，然后通过低压线路传到集中器，集中器再进一步把这些累积起来的数据传给电力公司控制中心。个域网提供安装在普通消费者家中或商业用户处的终端间的通信，这两部分通信完全可以采用PLC实现。三个部分间通过不同形式的网关连接，举例来说，WAN和NAN之间有集中器，NAN和HAN之间有电子式电表或采集器。集中器汇总电表数据并且将这些信息传给电力公司，电表收集家庭和企业的用电量并实现和采集器之间的通信或者本身就担任采集器的角色。
PLC分为三层，分别为物理层(PHY)、网络层和应用层。除了这三层，PLC中还需要一个耦合电路把PLC收发器和高压电力线连接起来。对于具体应用，主要的功能由应用层执行，比如智能电网应用，应用层负责收集用电信息并执行通/断控制，同时它也参与PLC通信传输数据给网络协议层。网络协议层将从应用层获取的数据转换成PLC网络可以理解的数据，它管理和控制通信的网络功能，比如寻址、确认以及数据包丢失情况下的数据重传等。
在采用FSK调制方式的PLC系统中，来自网络协议层的数据包被物理层调制解调器调制成FSK信号，随后该信号被放大并通过耦合电路传送到电力线上。
噪声、阻抗匹配、耦合是PLC面临的三大挑战
PLC的传输介质电力线对通信来说并不理想，其阻抗、干扰是实时变化的，这是因为电力线载波信道有各种不同的负载，这些负载具有以下特性：a. 负载的接入和断开随时间不断变化；b. 负载阻抗是频率的函数；c. 电器本身在用电过程中产生各种干扰，包括脉冲干扰、连续干扰、宽带干扰及窄带干扰，尤其在500kHz以下的频段。这些负载特性的综合效应，再加上电力线本身对信号的衰减，以及终端阻抗不匹配产生的信号反射，使得低压电力线载波信道呈现极不平坦的频率响应特性，且随时间而变化，同时受频率选择性、时变性干扰。此外，由于用电负载及负荷的不同，在不同的地区、不同的地点，这种频率响应特性及干扰特性也会不同。深圳力合微电子有限公司的刘鲲总经理举例道：“观察典型办公室环境下实测的电力线信道噪声与干扰如方波信号为50Hz交流整流后的波形，可以看到在交流50Hz峰值附近，该环境出现很强的周期性干扰，这些干扰一般由节能灯产生。”实际上，调光器、开关电源、电力线内部通话设备、通用串联线圈电动机如豆浆机这样的食物处理设备，都是电力线通信的噪声源。赛普拉斯公司一位PLC领域的专家表示：“这些噪声可以被归为两类，一类是脉冲噪声，另一类是持续性噪声。这两种噪声都会使PLC信号失真并导致丢包。”
噪声客观存在，因此当PLC信号到达接收器时，信号的信噪比必须足够大才能够被接收器正确解调。然而正如安森美半导体公司应用工程经理刘耀辉所言：“电磁兼容规范限制了PLC信号的发射电平，使得不能通过单纯提高发射信号强度来提升通信效果。”那么该如何克服噪声的影响呢？赛普拉斯的专家表示，有多种技术可以克服脉冲噪声的影响，比如具有确认机制的双向通信，包括错误侦测和数据重传等。具体来说，如果由于脉冲噪声的影响而没有收到确认信息，发射机会重传数据包直到知道成功收到确认信息为止。“如果在PLC系统的频率范围内有大幅度持续的噪声，最好的隔离方法是将他们从PLC接收机中移出，或者在噪声产生设备的电源上加上电感模块，使噪声频率低于接收机的信噪比。”他补充道。当然，采用不同的调制方式会对抗干扰性能产生关键性的影响，留待稍后笔者对比不同调制方式的优劣时再加以分析。
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