引言：电力线载波（PLC）通信与无线通信都是配电通信网中的重要通信手段，PLC受线路负载和干扰影响，无线通信易受地域、气候环境影响，目前这2种通信方式均未能形成有机整体。为此，本文研究了融合电力线与无线通信技术的异构网络，提出了PLC与无线通信中的物理层频谱检测、信道均衡优化方案，探索了独立MAC层与统一MAC层的融合通信方案，并设计了在不同应用场景下的组网方案，可以有效提升通信整体性能，为智能配电网提供低成本、可靠、灵活接入的信息传输手段。

PLC与无线通信物理层技术分析与融合方式研究

PLC以电力线为媒介，无线通信通过电磁波进行信号传输，这2种通信方式的物理层技术包括信号耦合、模拟前端、调制解调等。目前调制解调方式大多采用OFDM技术，由于信道媒介不同，信号频率差异大，PLC与无线通信在物理层实现深度融合的难度极大，甚至并无必要。但考虑到PLC与无线通信的MAC层在路由接力、协议处理等方面都采用OFDM调制方式，本文在OFDM频谱检测、信道均衡的算法方面进行融合，以期为MAC层的良好融合创造有利条件。

基于OFDM的调制解调技术

OFDM的基本原理是将高速信息数据编码后分配到N个并行的、相互正交的子载波上，每个载波上的调制速率很低，调制符号的持续间隔远大于信道的时间扩散，从而能够在具有较大失真和突发性脉冲干扰环境下为传输的数字信号提供有效保护。OFDM关键技术包括基于OFDM技术的信道编（解）码、信道交织（解交织）、串并（并串）转换、数字调制（解调）、信号的IDFT（DFT）变换、循环保护间隔、信号同步、信道估计等，其中信道均衡采用Turbo码均衡方式。

结合能量与协方差的PLC与无线频谱检测

在PLC与无线通信方式中都存在信号冲突的可能，解决信号冲突的能量检测算法虽然实现简单，但检测性能受噪声的影响较大，而协方差算法在低信噪比环境下具有较好的检测性能，但计算量非常大，为此本文设计了一种将两者相结合的两步检测算法，从而使其具有更准确的频谱感知能力。在两步检测算法流程中，针对能量检测在低信噪比下的缺陷，在未检测到频段被占用时，进入协方差检测，减小漏检概率，提高检测概率，从而方便了PLC与无线通信中的子载波优化。

基于Turbo码均衡的PLC与无线信道均衡

由于PLC与无线通信的传输信道环境较差，多径效应引起的码间干扰比较严重，在带限信道上传输数据时会因为信道畸变产生符号间干扰（ISI），使得信号不同程度地失真。如果不对符号间干扰采取适当措施，接收端就会有很高的误码率，信道均衡技术则可以抑制这种干扰。

PLC与无线在MAC层的融合研究

独立MAC层的融合方案

独立MAC层的电力线载波与无线融合方案主要实现了PLC与无线网络层的融合，PLC与无线MAC层的硬件简单集成，协议独立；网络层共用核心处理器MCU，基于协议转换与混合自组网技术进行融合，对异构网络进行一定的资源管理与调度，从而提高整个系统的性能。独立MAC层的PLC与无线方式的融合逻辑结构如下图所示。

统一MAC层的融合方案

统一MAC层的融合方案特点是PLC与无线MAC层采用统一的通信机制，如CSMA/CA、ARQ等。无线及PLC传输信号首先需要进行动态频谱检测，检测方法分别采用协方差检测和能量检测方式，检测后的信号通过Turbo码进行纠错编码，可以有效减少码间干扰，然后将2种方式的MAC层进行融合，实现多节点多模式的联合信道评估，并对2种信道进行比较，从而建立统一的MAC层架构。对融合后的信道进行动态路由中继，中继方法选用蚁群遗传混合算法，并对双信道兼容协议进行研究，此外还需研究兼容的数据帧结构，并在传输过程中保证QoS。这样，就形成了PLC与无线的统一评估体系，实现了统一MAC层的融合。PLC与无线方式统一MAC层的融合逻辑结构如下图所示。

PLC与无线融合组网方案设计

PLC与无线方式互备份的通信组网方案

针对智能配电网A+、A类等对通信可靠性要求较高的区域，设计了PLC与无线方式互备份的通信组网方案。通过各通信信道的QoS保障机制与握手机制动态选择主信道与备信道，通信过程中主备用信道同时工作，但数据收发采用主用信道，备用信道数据存储在缓冲区。一旦主用信道丢包则采用备用信道数据，连续累计丢包3次后进行主备信道切换。PLC与无线互备份通信组网方案如下图所示。

PLC与无线级联通信组网方案

针对智能配电网B、C类等覆盖区域较大、站点距离较远的区域，设计了PLC与无线融合终端级联通信组网方案。该方案包括无线级联PLC和PLC级联无线2种方式：无线级联PLC主要针对宽带无线（LTE、McWiLL等）难以覆盖的站点采用PLC补充覆盖；PLC级联无线主要针对PLC难以覆盖的站点采用短距离无线（ZigBee、Wi-Fi等）补充覆盖。PLC与无线级联通信组网方案如下图所示。

5结语

在智能配电网建设中，成本低、可靠性高、接入灵活的信息传输手段是关键。PLC与无线通信在配电自动化、远程抄表等领域都有大量的应用，但在工程实践中发现只应用PLC或无线通信方式都存在难以克服的缺陷，电力线载波的性能受线路负载和干扰影响大，而无线通信则受地域、气候环境影响，这2种通信方式未能形成有机整体。本文研究了融合电力线与无线通信技术的异构网络，提出了PLC与无线通信方式的物理层频谱检测、信道均衡优化方案，探索了独立MAC层与统一MAC层的融合通信方案，并设计了在不同应用场景下的通信组网方案，可以有效提高接入网的通信性能，可为智能配电网建设提供一种有竞争力的信息传输手段。

作者介绍

刘柱（1983–），男，湖北仙桃人，高级工程师，从事电力信息通信技术研究工作；

欧清海（1971–），男，四川广安人，高级工程师，从事电力信息通信技术研究工作。

原标题:【好文快报】刘柱，欧清海. 面向智能配电网的电力线与无线融合通信研究