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篇1

關(guān)鍵詞：電力線載波通信;電磁兼容;共模干擾;EMI濾波

中圖分類號(hào)：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2008)11-170-02

Research on EMI Filter Circuit of Power Line Carrier Communication

ZHAO Zhipeng,LUO Yinghong

(School of Electronic and Information Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou,730070,China)

Abstract：Power Line Communication(PLC) is a brand-new subject,which develops rapidly in rescent years.However,as the power line transmission without shielding,There are serious EMI and EMC problems.Based on the in-depth analysis of the main reason that the PLC system produces electromagnetic interference,this paper researches the design of the EMI filter circuit,and through experiments show that the filter circuit for inhibiting PLC EMI feasibility.

Keywords：power line carrier communication;electromagnetic compatibility;common-mode interference;EMI filter

基金項(xiàng)目:甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(3zs062-b25-013)

電力線通信技術(shù)目前發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入初步應(yīng)用階段。PLC系統(tǒng)充分利用電力系統(tǒng)的廣泛線路資源，通過(guò)OFDM等技術(shù)可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸數(shù)據(jù)。 但是由于電力線傳輸?shù)臒o(wú)屏蔽性，電網(wǎng)的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的通信網(wǎng)差得多，使得電力線通信線路的電磁環(huán)境極為復(fù)雜，這就給電力線通信系統(tǒng)提出了更高的電磁兼容要求，電磁兼容技術(shù)也成了實(shí)現(xiàn)電力線通信所需的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文在深入分析了電力線通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾的主要原因的基礎(chǔ)上，對(duì)EMI濾波電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)于抑制電力線載波通信EMI的可行性。

1 電力線載波通信電磁兼容問(wèn)題分析

1.1 電磁兼容分析模型

一個(gè)電子系統(tǒng)如果能與其他電子系統(tǒng)相兼容的工作，也就是不產(chǎn)生干擾又能忍受外界的干擾則稱為該電子系統(tǒng)與區(qū)環(huán)境電磁兼容。對(duì)于一般的電磁兼容問(wèn)題的基本分析模型如圖1 所示。

對(duì)于PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，干擾源要整體考慮。不僅包括PLC設(shè)備，而且要考慮當(dāng)信號(hào)加到電力線上時(shí)，由于電力線是一種非屏蔽的線路，有可能作為發(fā)射天線對(duì)無(wú)線通信和廣播產(chǎn)生不利影響。此外還要考慮多種PLC 設(shè)備間的相互影響。PLC的耦合途徑是非常復(fù)雜的，是不同的途徑相互作用的結(jié)果?？傮w上分為兩種，一種是空間的輻射，對(duì)應(yīng)的擾設(shè)備是無(wú)線通信和廣播信號(hào)；另一種是沿電力線的傳導(dǎo)騷擾，主要造成對(duì)電能質(zhì)量的影響。因此PLC 系統(tǒng)的電磁兼容問(wèn)題涉及多個(gè)PLC 系統(tǒng)的共存，以及與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的共存等。

圖1 電磁兼容基本分析模型

1.2 PLC系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生機(jī)理

由于電力線的特性和結(jié)構(gòu)是按照輸送電能的損失最小并保證安全可靠地傳輸?shù)皖l(50 Hz)電流來(lái)設(shè)計(jì)的，不具備電信網(wǎng)的對(duì)稱性、均勻性，因而基本上不具備通信網(wǎng)所必須具備的通信線路電氣特性。而PLC系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾問(wèn)題正是由于電力線的這種對(duì)地不對(duì)稱性產(chǎn)生的[1]。

電力線產(chǎn)生干擾的機(jī)理有兩種(如圖2)，一種是電力線中的信號(hào)電流Id(差模電流)回路產(chǎn)生的差模干擾，另一種是電力線上的共模電流IcР生的共模干擾。差模電流大小相等方向相反，因此一般近似認(rèn)為由其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相互抵消。而共模電流的方向是一致的，其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相互疊加[2]，所以電力線的干擾主要來(lái)自共模干擾。

1.3 改善PLC系統(tǒng)電磁兼容性的主要措施

(1) 充分利用或改善PLC系統(tǒng)電力線的對(duì)稱性

PLC系統(tǒng)的輻射強(qiáng)度取決于PLC網(wǎng)絡(luò)或其電纜的對(duì)稱性。高度對(duì)稱線路的特征是異模電流與共模電流的比值很大，故輻射非常小?？梢赃x擇對(duì)稱性好的導(dǎo)線，例如4芯電纜，但此法不適用于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，而且成本較高。

(2) 減小PLC系統(tǒng)中高頻信號(hào)的功率譜密度

減小PLC信號(hào)的功率譜密度(PSD)能降低輻射電平，但不影響總的發(fā)送功率。因此，PLC系統(tǒng)適宜采用寬帶調(diào)制技術(shù)，但其擴(kuò)頻效率受電力線低通特性的限制。

(3) 合理選擇調(diào)制技術(shù)

OFDM是一種高效的調(diào)制技術(shù)，其基本原理是將發(fā)送的數(shù)據(jù)流分散到許多個(gè)子載波上，使各子載波的信號(hào)速率大為降低，從而提高抗多徑和抗衰落能力[3]。

(4) 合理設(shè)計(jì)EMI濾波網(wǎng)絡(luò)

將濾波器安裝在緊鄰變壓器和緊鄰家庭用戶的連接點(diǎn)上，或者直接在電力線調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部引入濾波器[4]。這樣既可以保持PLC信號(hào)的異模傳播，又可以阻止PLC信號(hào)進(jìn)入輻射效率高的導(dǎo)線或其他附接設(shè)備。本文將主要對(duì)EMI濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

圖2 電力線EMI模型

2 濾波電路設(shè)計(jì)

基于以上對(duì)于電力線通信電磁兼容性的分析，可以在電力線通信系統(tǒng)的收端接一個(gè)EMI濾波器，用以抑制系統(tǒng)所產(chǎn)生的共模干擾。由于兩根電力線不可能完全重合，也就是說(shuō)差模電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)不能完全抵消，所以在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)，也應(yīng)考慮到差模干擾的抑制。

EMI濾波電路基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 EMI濾波電路基本結(jié)構(gòu)

圖3中，差模抑制電容為C1和C2，共模抑制電容為C3和C4，共模電感為L(zhǎng)，Р⒔共模電感纏繞在鐵氧體磁芯圓環(huán)上，構(gòu)成共模扼流圈。共模扼流圈對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用[5]。由于干擾信號(hào)有差模和共模兩種,因此濾波器要對(duì)這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原理為:

(1) 利用電容通高頻隔低頻的特性，將電源正極，電源負(fù)極高頻干擾電流導(dǎo)入地線(共模)，或?qū)㈦娫凑龢O高頻干擾電流導(dǎo)入電源負(fù)極(差模)。

(2) 利用電感線圈的阻抗特性，將高頻干擾電流反射回干擾源。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在圖3濾波電路中取差模電容C1,C2為7 000 pF，共模電容C3,C4為0.015 μF，共模扼流圈磁芯采用錳-鋅鐵氧體，每路繞30匝，電感量為3.7 mH。

3.1 EMI濾波網(wǎng)絡(luò)濾波性能仿真

圖4為干擾噪聲隨頻率關(guān)系的模擬仿真，由此可見(jiàn)干擾信號(hào)的頻率越高，則干擾信號(hào)通過(guò)該濾波網(wǎng)絡(luò)后衰減越大。共模干擾的頻率一般在2MHz以上，所以說(shuō)該濾波電路能對(duì)共模干擾起到良好的抑制作用。

圖4 干擾噪聲隨頻率關(guān)系

3.2 EMI濾波網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果分析

當(dāng)采用輸入為24 V，輸出為12 V，功率為25 W的開(kāi)關(guān)電源模擬輸入信號(hào)時(shí)，用帶寬為20 MHz的示波器測(cè)得濾波前后信號(hào)紋波分別為50 mV和5 mV。由此可見(jiàn)該濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)干擾信號(hào)衰減了20 dB，良好地抑制了電路中所產(chǎn)生的干擾噪聲。

4 結(jié) 語(yǔ)

電力線通信技術(shù)作為一種強(qiáng)有力的手段,有著雄厚的發(fā)展基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng),應(yīng)有其使用和生存的發(fā)展環(huán)境和空間。但是,低壓電力線并不是專門(mén)用來(lái)傳輸通信數(shù)據(jù)的,它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和物理特性都與傳統(tǒng)的通信傳輸介質(zhì)(如雙絞線、同軸電纜、光纖等) 不同。它在傳輸通信信號(hào)時(shí)信道特性相當(dāng)復(fù)雜,負(fù)載多、噪聲干擾強(qiáng)、信道衰減大,通信環(huán)境相當(dāng)惡劣。目前還有很多亟待解決的問(wèn)題，例如PLC的電磁輻射問(wèn)題，調(diào)制技術(shù)和編碼技術(shù)的改進(jìn)，通信信號(hào)衰減的抑制等。本文研究的EMI濾波電路旨在抑制接收端由于共模電流和差模電流產(chǎn)生的共模和差模干擾，今后還有待于結(jié)合電磁原理，在PLC設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的電路及電磁輻射特性等方面做深入研究。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］張力波，柴守亮.寬帶電力線通信對(duì)無(wú)線通信的影響及其頻帶的管理［J］.中國(guó)無(wú)線電,2006:12-15.

［2］Clayton R Paul.Introduction to Electromagnetic Compatibi-lity［M].John Wiley&Sons,Inc.1992.

［3］張淑娥,孔英會(huì),高強(qiáng).電力系統(tǒng)通信技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社,2005.

［4］丁道齊.要正視和研究電力線通信技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題［J］.電力系統(tǒng)通信,2003,24（4）:1-12.

篇2

論文摘要：隨著社會(huì)信息化程度的提高，網(wǎng)絡(luò)已成為人們生活中不可缺少的一部分。網(wǎng)絡(luò)接入帶寬迅速提升，以適應(yīng)大容量、高速率的數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)音等高質(zhì)量的信息傳輸與服務(wù)。目前常用的寬帶接入方式有電話撥號(hào)（即XDSL）方式、有線電視線路（CableModem）方式、雙絞線以太網(wǎng)方式，隨著科技的迅速發(fā)展，電力線通信已成為一種新型的寬帶接入技術(shù)，并且有著良好的發(fā)展前景。

電力線通信簡(jiǎn)稱PLC（PowerLineCommunication0）是利用配電網(wǎng)低壓線路傳輸多媒體信號(hào)的一種通信方式。在發(fā)送時(shí)利用GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）或OFDM（正交頻分多路復(fù)用）調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有高頻信息的高頻加載于電流，然后再電力線上傳輸，在接收端先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)取出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話，實(shí)現(xiàn)信息傳遞。類似的電力線通技術(shù)信早已有所應(yīng)用，電力系統(tǒng)中在中高壓輸電網(wǎng)(35千伏以上)上通過(guò)電力載波機(jī)利用較低的頻率以較低速率傳送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)或話音，就是電力線通信技術(shù)應(yīng)用的主要形式之一，已經(jīng)有幾十年歷史。

PLC接入設(shè)備分局段設(shè)備和用戶端PLC調(diào)制解調(diào)器。局段負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)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)器后，通過(guò)用戶配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端設(shè)備將信號(hào)解調(diào)出來(lái)，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。該技術(shù)不需要重新布線，在現(xiàn)有低壓配電線路上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、和視頻業(yè)務(wù)的承載。終端用戶只需插上電源插座即可實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視接收、打電話等。同樣電力線通信技術(shù)也可應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域，對(duì)于重要場(chǎng)所的監(jiān)控和保護(hù)，一直需要投入大量的人力和財(cái)力，現(xiàn)在只需利用電源線，用極低的代價(jià)更新原有監(jiān)控設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前電力系統(tǒng)抄表,基本上主要依靠人工抄表完成。人工抄表的準(zhǔn)確性、同步性難以保證。同時(shí)由于抄表地點(diǎn)分散，表記數(shù)量眾多，所以抄表的工作量巨大?；陔娏€路載波(PLC)通信方式的自動(dòng)抄表裝置，由于不需要重鋪設(shè)通信信道，節(jié)省了施工及線路費(fèi)用,成為現(xiàn)代電力通訊的首選方式，使得抄表的工作量大大減少。近年來(lái)居民小區(qū)及大樓朝智能化發(fā)展，現(xiàn)在的智能化建筑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5A。但是這些不同的系統(tǒng)自動(dòng)化需要不同的網(wǎng)絡(luò)支持；給建設(shè)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的壓力。借助電力線通信技術(shù)，無(wú)論是監(jiān)控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動(dòng)化都可以利用電力線實(shí)現(xiàn)，便于管理和擴(kuò)展。

電力線通信主要優(yōu)勢(shì)：

電力線通信有無(wú)可比擬的網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢(shì)，我國(guó)擁有全世界排名第二的電力輸電線路，擁有用電用戶超過(guò)10億，居民家里誰(shuí)都離不開(kāi)電力線；顯然連接這10億用戶的既存電力線是提供上網(wǎng)服務(wù)的巨大物質(zhì)基礎(chǔ)。在廣闊的農(nóng)村地區(qū)，特別是那些電話網(wǎng)絡(luò)不太發(fā)達(dá)的地區(qū)，PLC更有用武之地，畢竟電力網(wǎng)規(guī)模之大是任何網(wǎng)都不可比擬的。雖然這些地區(qū)上網(wǎng)短期需求量并不大，市場(chǎng)發(fā)展成熟較慢，但會(huì)存在電力線上網(wǎng)先入為主的局面，對(duì)PLC的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和擴(kuò)展非常有利。

電力線通信可充分利用現(xiàn)有低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，不需要任何新的線路鋪設(shè)，隨意接入，簡(jiǎn)單方便的安裝設(shè)備及使用方式，節(jié)約了資源和費(fèi)用，無(wú)需挖溝和穿墻打洞，避免了對(duì)建筑物和公共設(shè)施的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力，共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接，高通訊速率可達(dá)141Mbps（將未通過(guò)升級(jí)設(shè)備可達(dá)200Mbps）。PLC調(diào)制解調(diào)器放置在用戶家中，局端設(shè)備放置在樓宇配電室內(nèi)，隨著上游芯片廠商14M產(chǎn)品技術(shù)相對(duì)成熟。PLC設(shè)備整體投入不斷下降，據(jù)調(diào)查當(dāng)前14M的PLCModem產(chǎn)品其成本已降到普通的ADSL接入貓相仿的水平，而局端設(shè)備則更便宜。由于一般一個(gè)局端拖帶PLC調(diào)制解調(diào)器的規(guī)模為20-30臺(tái)，因此隨著用戶的增長(zhǎng)，局端設(shè)備可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)增加，這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，不必在設(shè)備采購(gòu)初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網(wǎng)絡(luò)接入最后一公里最具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案之稱。

電力線通信的缺點(diǎn)

傳輸帶寬的問(wèn)題。PLC與電話線上網(wǎng)從本質(zhì)上講并沒(méi)有區(qū)別，都是利用銅線作為傳輸媒質(zhì)，銅線上網(wǎng)的最大問(wèn)題是不能解決傳輸帶寬問(wèn)題。雖然14M的產(chǎn)品已經(jīng)成熟，但電力線上網(wǎng)是共享帶寬，若同一地區(qū)多個(gè)用戶同時(shí)上網(wǎng)則數(shù)據(jù)傳輸速度將會(huì)相應(yīng)降低，如何保證用戶能夠獲得足夠帶寬成為挑戰(zhàn)噪聲安全性問(wèn)題。由于電力網(wǎng)使用的大多是非屏蔽線，用它來(lái)傳輸數(shù)據(jù)不可避免的會(huì)形成電磁輻射，從而會(huì)對(duì)其它無(wú)線通信，如公安部門(mén)或軍事部門(mén)的通信造成干擾；再次電力線上網(wǎng)存在不穩(wěn)定的問(wèn)題，家用電器產(chǎn)生的電磁波對(duì)通信產(chǎn)生干擾，時(shí)常會(huì)發(fā)生一些不可預(yù)知的錯(cuò)誤。與信號(hào)潔凈特性恒定的Ethernet電纜相比，電力線上接入了很多電器，這些電器任何時(shí)候都可以插入或拆開(kāi)，并機(jī)或關(guān)閉電源。因而導(dǎo)致電力線的特性不斷變化，影響網(wǎng)速。

篇3

1.1噪聲干擾強(qiáng)而信號(hào)衰減大

突發(fā)性噪聲（由于用電設(shè)備的隨機(jī)斷開(kāi)或者隨機(jī)接入而產(chǎn)生）、周期性噪聲（由脈沖干擾而產(chǎn)生）、背景噪聲（在整個(gè)通信頻帶均有分布）是三種主要影響到電力線載波通信的噪聲。

1.2通信信道的頻率選擇性

由于低壓配電網(wǎng)中存在著噪聲強(qiáng)度大、噪聲種類多、負(fù)荷情況復(fù)雜、負(fù)載變化隨機(jī)、負(fù)載變化程度大等特點(diǎn)而導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)駐波、諧振、反射等現(xiàn)象，或多或少都會(huì)造成信號(hào)被衰減，因此，通信信道務(wù)必要具有較強(qiáng)的頻率選擇性。

1.3通信信道的時(shí)變性

由于載波信號(hào)在低壓電力線是不能均勻分布的，再加上在低壓配電網(wǎng)的任意位置，不同的電力負(fù)載可以不同的電力負(fù)載，這樣一來(lái)，就讓通信信道出現(xiàn)較強(qiáng)的時(shí)變性。

2低壓電力線通信技術(shù)概述

2.1電力線載波通信技術(shù)分類

通常而言，電力線載波通信可分為兩大類，分布是窄帶電力線載波通信（通信速率小于1Mbit/s，帶寬限制為3-500kHz）和寬帶電力線載波通信（通信速率大于1Mbit/s，帶寬限制為2-30MHz）?；陬l帶傳輸技術(shù)來(lái)看，電力線載波通信可分為擴(kuò)頻傳輸和頻帶傳輸。主要的擴(kuò)頻傳輸包括：OFDM（正交頻分復(fù)用）、DSSS（直接序列擴(kuò)頻）、調(diào)頻等，其中，OFDM（正交頻分復(fù)用）的應(yīng)用最為廣泛。OFDM（正交頻分復(fù)用）是一種高速傳輸技術(shù)，多用于無(wú)線環(huán)境下，它的思想是在將給定信道在一定的頻率內(nèi)將其分成若干個(gè)正交子信道，一個(gè)子載波來(lái)調(diào)制一個(gè)子信道，各子載波并行傳輸。這樣一來(lái)，雖然總信道是有頻率選擇性，非平坦的，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，可讓信號(hào)波形間的干擾得到大幅度降低，且還會(huì)讓頻譜利用率得以提高。再加上信息傳輸?shù)目煽俊⒎€(wěn)定性可以通過(guò)信道編碼、前向糾錯(cuò)、自動(dòng)重發(fā)、交叉糾錯(cuò)等技術(shù)來(lái)予以保證，所以，OFDM（正交頻分復(fù)用）目前已經(jīng)成為了主導(dǎo)的電力線通信方式。

2.2低壓電力線載波通信技術(shù)難點(diǎn)

由于大范圍的線路阻抗、線路衰減，低壓電力線載波通信技術(shù)也存在著一些較難解決的技術(shù)問(wèn)題，這就需要我們加強(qiáng)研究自適應(yīng)均衡、自適應(yīng)濾波等一系列模擬前端技術(shù)，同時(shí)，還要進(jìn)一步研究在穿越變壓器和變壓器跨相方面的低壓載波通信技術(shù)等，這些都離不開(kāi)對(duì)外干擾標(biāo)準(zhǔn)的制定。低壓電力線載波通信實(shí)現(xiàn)低價(jià)格、高性能的關(guān)鍵在于制造、設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定的專用芯片，這也是目前微電子行業(yè)需要努力的方向。

3低壓電力線載波通信組網(wǎng)方式

眾所周知，低壓電力線網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，就存在著較多的時(shí)變性和未知性，這樣一來(lái)，就很難讓低壓電力線完成組網(wǎng)應(yīng)用工作。本文希望能夠利用一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)將網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)找到。這種方法從主載波節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，將網(wǎng)絡(luò)中的全部從載波節(jié)點(diǎn)都找遍，最終找出孤點(diǎn)，以便能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)予以確定。假設(shè)此網(wǎng)絡(luò)中的從載波節(jié)點(diǎn)有a個(gè)，主載波節(jié)點(diǎn)有1個(gè)，那么基本步驟如下：

（1）主載波節(jié)點(diǎn)將測(cè)試輪詢包向a個(gè)從載波節(jié)點(diǎn)發(fā)出。假定接收到測(cè)試輪詢包并回復(fù)的從載波節(jié)點(diǎn)有b個(gè)，那么就能夠?qū)⒛切?huì)與主載波節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信的從載波節(jié)點(diǎn)在第一時(shí)間內(nèi)找出。如果a=b，那么輪詢過(guò)程就會(huì)自動(dòng)結(jié)束。

（2）1-b個(gè)載波節(jié)點(diǎn)將測(cè)試輪詢包向剩余的從載波節(jié)點(diǎn)發(fā)出，假定接收到測(cè)試輪詢包并回復(fù)的從載波節(jié)點(diǎn)有c個(gè)，那么就能夠?qū)⒛切?huì)與主載波節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信的從載波節(jié)點(diǎn)在第一時(shí)間內(nèi)找出。如果c=0，那么說(shuō)明剩下的節(jié)點(diǎn)為孤點(diǎn)，既不能連接第一層從載波節(jié)點(diǎn)，又不能直接連接主載波節(jié)點(diǎn)，那么輪詢過(guò)程就會(huì)自動(dòng)結(jié)束。如果0<c<(a-b)，那么又會(huì)再次按照前述程序來(lái)將測(cè)試輪詢包向剩余的從載波節(jié)點(diǎn)發(fā)出，直到c=0為止。如果c=(a-b)，那么則說(shuō)明可以間接或者直接將全部讓載波節(jié)點(diǎn)與主載波節(jié)點(diǎn)相連，那么輪詢過(guò)程就會(huì)自動(dòng)結(jié)束。基于此算法可以將一組網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)找出，不是唯一的通信路徑，而只是一種中繼策略。

4仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了對(duì)這種邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)算法的有效性和可行性進(jìn)行有效地嚴(yán)重，利用載波機(jī)來(lái)將測(cè)試網(wǎng)絡(luò)搭建好，對(duì)子節(jié)點(diǎn)位置、節(jié)點(diǎn)總數(shù)、中繼節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)等進(jìn)行人為改變，然后對(duì)此邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立完成所花費(fèi)的時(shí)間及各種不同情況下輪詢次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。結(jié)果表明：一次點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢的時(shí)間通常為0.5s。

5結(jié)語(yǔ)

篇4

    目前,我省主要采用的窄帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)主要有:(1)PSK相移鍵控。該方式通過(guò)調(diào)制載波的相位來(lái)傳輸數(shù)據(jù),也是一種線性調(diào)制技術(shù),同樣存在邊瓣再生的問(wèn)題,特別在發(fā)生相位突變時(shí),包絡(luò)不恒定而導(dǎo)致在通過(guò)帶限信道后頻譜發(fā)生擴(kuò)散。(2)FSK頻移鍵控。通過(guò)2個(gè)不同的載波代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的2種狀態(tài),來(lái)完成數(shù)據(jù)的調(diào)制,它屬于非線性調(diào)制。同時(shí),不管調(diào)制信號(hào)如何改變,載波的幅度是恒定的,所以它也是一種恒包絡(luò)調(diào)制。它可以使用功率效率高的C類放大器,而不會(huì)使發(fā)送信號(hào)占用的頻譜增大;帶外輻射低;接收機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。不過(guò)其占用帶寬比線性調(diào)制大。在大多數(shù)情況下,數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號(hào)的離散值去鍵控載波。對(duì)載波的幅度、頻率或相位進(jìn)行鍵控,便可獲得ASK、FSK、PSK等。這三種數(shù)字調(diào)制方式在抗干擾噪聲能力和信號(hào)頻譜利用率等方面,以相干PSK的性能最好,目前已在中、高速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)得到廣泛應(yīng)用。以上調(diào)制方式都屬于窄帶通信技術(shù),同時(shí)窄帶通信技術(shù)還包括QAM調(diào)制、無(wú)載波調(diào)幅調(diào)相(CAP)、DMT調(diào)制及擴(kuò)展頻譜技術(shù)等。窄帶通信方式易于實(shí)現(xiàn),但抗干擾能力弱,配電網(wǎng)各頻帶的衰減隨著負(fù)荷的動(dòng)態(tài)投切而隨機(jī)變化,會(huì)出現(xiàn)衰減很大的頻帶,這使得想要選出一段完美的電力線通信頻帶很難,通常依靠選擇載波頻率在衰減小的頻帶里或者均衡技術(shù)來(lái)克服信道的變化。但這使得均衡技術(shù)非常復(fù)雜,以至于成本難以接受。同時(shí)盡管接收機(jī)具有較窄的通帶,使僅有一部分噪聲進(jìn)入接收機(jī),由于接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因數(shù),瞬間的脈沖噪聲會(huì)使其發(fā)生自干擾,而低品質(zhì)的濾波器又會(huì)使通帶帶寬加大,令更多噪聲進(jìn)入接收器。所以窄帶通信的抗脈沖噪聲性較差。

    2波芯片在集抄中的應(yīng)用

    如圖1所示是典型的具有載波通訊功能的單相表設(shè)計(jì)原理框圖,載波電路的核心是載波發(fā)送和載波接收電路的設(shè)計(jì)及載波芯片外圍調(diào)制電路的設(shè)計(jì)。如圖2所示是采用載波通訊方式的集抄方案拓?fù)鋱D。臺(tái)區(qū)集中抄表系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、低壓電力線載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的大型信息采集處理系統(tǒng)。由系統(tǒng)主站、臺(tái)區(qū)集中器、客戶側(cè)直接載波電能表,以及主站與集中器、集中器與載波電能表之間的數(shù)據(jù)傳輸信道組成。下面對(duì)集抄應(yīng)用中的幾個(gè)載波相關(guān)功能進(jìn)行說(shuō)明和介紹。由于各個(gè)載波芯片廠家的方案略有不同,所以只是做原理性介紹。

    2.1耦合電路(Coupling電路)。耦合電路如圖3所示,其是載波信號(hào)的輸出和輸入通路,并起隔離220V/50Hz的工頻的作用。該電路在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮220V線路側(cè)的阻抗特性。信號(hào)耦合變壓器,220V線路側(cè)阻抗一般取3~30n。然后確定線圈初次級(jí)的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計(jì)功率放大器的輸出匹配電阻。

    2.2濾波電路(Filter電路)。如圖4所示濾波電路,該濾波器為帶通濾波器。其不僅要將帶外雜波濾除,還要保證前后級(jí)之間的阻抗匹配,以達(dá)到順利傳遞信號(hào)的目的。由于主晶振的工作頻率不同,載頻也不同;調(diào)制周波數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸速率不同,帶寬也不同。因此,濾波器的參數(shù)在主晶振頻率不同時(shí)也將有所變化的。本電路的帶通頻率范圍是400kHz~600kHz。

    2.3信號(hào)放大電路(PAMP電路)。如圖5所示為信號(hào)放大電路,其放大的目的是將濾波后的信號(hào)不失真的放大75倍以上,以達(dá)到30dB以上增益的要求。特別注意的是小信號(hào)的不失真。因?yàn)橹饕峭瓿尚⌒盘?hào)的放大。并注意電路本身的噪聲干擾不能過(guò)大。經(jīng)該放大電路放大后可接入運(yùn)算放大器繼續(xù)將信號(hào)放大。

    2.4自動(dòng)路由功能。集中器與載波表之間的傳輸距離受線路特性的影響,而一次成功的通信,首先要滿足本地接收信號(hào)的解調(diào)信噪比。根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),500m以內(nèi)的范圍是單級(jí)載波可靠傳輸?shù)睦硐刖嚯x。要做到任何情況下抄通率的100%,肯定需要中繼。在集抄系統(tǒng)中,自動(dòng)路由算法包含在集中器內(nèi),通過(guò)載波協(xié)議,每一電表終端模塊都可作為其他電表的中繼。當(dāng)需要中繼時(shí),集中器能根據(jù)線路的情況,實(shí)時(shí)、智能、快速地調(diào)整路由,完成集中器到目的電表的通信,無(wú)需人工干預(yù)。而固定中繼是不可取的,既難以維護(hù),實(shí)效性也差。綜合各地需求,集中器的自動(dòng)路由最多要求達(dá)到7級(jí),保證系統(tǒng)2km的最遠(yuǎn)距離。

篇5

[關(guān)鍵詞]電力線載波通信技術(shù) 低壓載波 中壓載波 高壓載波

中圖分類號(hào)：TN913.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）15-0317-01

引言：

電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行而產(chǎn)生的，它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。長(zhǎng)期以來(lái)，電力線載波通信網(wǎng)一直是電力通信網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，它自誕生之日起便隨著通信技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。由于信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)已經(jīng)存在，無(wú)須再投入大量資金進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并且可以通過(guò)電力線訪問(wèn)到與它連接的任意通信設(shè)備，因此使用到處可見(jiàn)的電力線作為傳輸介質(zhì)的設(shè)想便被人們實(shí)際應(yīng)用起來(lái)。

一、電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的發(fā)展過(guò)程。近年來(lái)高壓電力線載波技術(shù)突破了僅限于單片機(jī)應(yīng)用的限制，進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代，并且隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展和社會(huì)的需要，中、低壓電力載波通信的技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用亦出現(xiàn)了方興未艾的局面。電力線載波通信這座被國(guó)外傳媒喻為“未被挖掘的金山”正逐漸成為一門(mén)電力通信領(lǐng)域乃至關(guān)系到千家萬(wàn)戶的熱門(mén)專業(yè)。

二、電力線載波通信技術(shù)概述

電力線載波通信技術(shù)是指利用高壓電力線、中壓電力線或低壓配電線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。它可以使用現(xiàn)有的電力線和插座組建成網(wǎng)絡(luò)，來(lái)連接PC、機(jī)頂盒、音頻設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及其他的智能電氣設(shè)備，來(lái)傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻。它具有即插即用的特點(diǎn)，能通過(guò)普通電力線傳輸網(wǎng)絡(luò)IP數(shù)字信號(hào)。

其中，高壓電力線載波技術(shù)是指應(yīng)用于35kV及以上電壓等級(jí)的電力線載波通信技術(shù)。該技術(shù)由于載波線路狀況良好，主要用于傳輸調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)、高頻保護(hù)及其它監(jiān)控系統(tǒng)的信息。但是數(shù)字多路復(fù)接型的電力載波機(jī)在進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)中斷現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)于語(yǔ)音傳輸無(wú)大影響，但對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸尤其是一些重要的控制信號(hào)的傳輸將會(huì)帶來(lái)不良的后果。因此，需要技術(shù)上的不斷完善以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的載波機(jī)類型來(lái)避免這一情況的發(fā)生。同時(shí)，對(duì)于遠(yuǎn)動(dòng)的防衛(wèi)度問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)盡可能地設(shè)計(jì)為自適應(yīng)地保持恒定的防衛(wèi)度水平。其次，載波機(jī)的電路設(shè)計(jì)在性能指標(biāo)上要能夠保證設(shè)備整機(jī)指標(biāo)和長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，符合相關(guān)的行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。以此來(lái)不斷提高高壓電力線載波技術(shù)的運(yùn)行性能。

中壓電力線載波通信技術(shù)是指應(yīng)用于10kV電壓等級(jí)及以下的電力線載波通信技術(shù)。目前10kV配電網(wǎng)的傳輸特性十分復(fù)雜，傳輸設(shè)備需要考慮在傳輸距離不能到達(dá)時(shí)的中繼問(wèn)題，不同的調(diào)制方式采用的中繼方式可能有所不同，且對(duì)于大型、多用戶的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的載波數(shù)據(jù)傳輸，目前還缺少實(shí)際的第一手運(yùn)行資料，整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度也需要由此來(lái)實(shí)地考核，因此對(duì)這一技術(shù)應(yīng)該進(jìn)行不斷研究，掌握其傳輸特性，從而為電力工程等提供實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

低壓電力線載波通信技術(shù)是指應(yīng)用于380V電壓等級(jí)及以下的電力線載波通信技術(shù)。這一技術(shù)目前常用的有窄帶調(diào)制和寬帶調(diào)制兩種調(diào)制方式。窄帶調(diào)制成本較低，但不能有效抵抗窄帶噪音；寬帶調(diào)制成本較高，通常采用擴(kuò)頻技術(shù)，在一定程度上可克服窄帶噪音干擾，但是有限的擴(kuò)頻增益對(duì)于較大功率的窄帶噪音干擾仍無(wú)能為力。因此，需要不斷研究來(lái)突破這一技術(shù)局限，并在載波機(jī)設(shè)備出廠檢驗(yàn)時(shí)一定要考慮在加入噪聲的情況下進(jìn)行性能測(cè)試，以保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

三、電力線載波通信技術(shù)的特性

1.高壓載波路由合理，通道建設(shè)投資相對(duì)較低

高壓電力線路的路由走向沿著終端站到樞紐站，再到調(diào)度所，正是電力調(diào)度通信所要求的合理路由，并且載波通道建設(shè)無(wú)須考慮線路投資，因此當(dāng)之無(wú)愧成為電力通信的基本通信方式。電力線載波通道往往先于變電站完成建設(shè)，對(duì)于新建電站的通信開(kāi)通十分有利。為此，只要妥善解決電力線載波信道的容量問(wèn)題，載波通信的優(yōu)勢(shì)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。在中壓配電網(wǎng)載波和低壓用戶電網(wǎng)載波中，節(jié)省線路建設(shè)費(fèi)用，無(wú)須考慮破壞家庭已裝修環(huán)境，也仍然是載波通信的優(yōu)勢(shì)。

2.傳輸頻帶受限，傳輸容量相對(duì)較小

在高壓電網(wǎng)中，一般考慮到工頻諧波及無(wú)線電發(fā)射干擾，電力線載波的通信頻帶限制在一定的范圍內(nèi)，理想情況下一條線路可安排115條高壓載波通道。但由于電力線路各相之間及變電站之間的跨越衰減有限，不可能理想地按照頻譜緊鄰的方式安排載波通道。因此，真正組成電力線載波通信網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)的載波通道是有限的。在當(dāng)今通信業(yè)務(wù)已大大開(kāi)拓的情況下，載波通道的信道容量已成為其進(jìn)一步應(yīng)用的“瓶頸”。盡管在載波頻譜的分配上研究了隨機(jī)插空法、分小區(qū)法、分組分段法等方法，并且規(guī)定不同電壓等級(jí)的電力線路之間不得搭建高頻橋路，使載波頻率盡量得以重復(fù)使用，但還是不能滿足需要。

3.可靠性要求高

電力線載波機(jī)要求具有較高的可靠性，一是在電力系統(tǒng)中傳輸重要調(diào)度信息的需要；另一是電壓隔離的人身安全需要。為此，電力線載波機(jī)在出廠前必須進(jìn)行高溫老化處理，最終檢驗(yàn)必須包含安全性檢驗(yàn)項(xiàng)目。為此，國(guó)家質(zhì)檢總局從80年代開(kāi)始即對(duì)電力線載 波機(jī)（類）產(chǎn)品實(shí)行了強(qiáng)制性生產(chǎn)許可證管理。目前大多數(shù)高壓及中壓電力線載波機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已按照生產(chǎn)許可證的要求建立了較為完善的質(zhì)量體系。

4.線路噪聲大

電力線路作為通信媒介帶來(lái)的噪聲干擾遠(yuǎn)比電信線路大得多，在高壓電力線路上，游離放電電暈、絕緣子污閃放電、開(kāi)關(guān)操作等產(chǎn)生的噪聲比較大，尤其是突發(fā)噪聲具有較高的電平。因此，電力線載波機(jī)一般都采用較大的輸出功率電平來(lái)獲得必要的信噪比。

5.線路阻抗變化大

高壓電力線阻抗一般為300～400Ω，在線路上呈波動(dòng)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，在波動(dòng)幅度達(dá)到1/2左右 時(shí)，對(duì)載波通道衰減將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在通道加工不合理、不完善、存在容性負(fù)載以及分支線時(shí)，會(huì)加劇載波通道的阻抗變化甚至中斷通信。低壓用戶配電網(wǎng)載波通道的阻抗變化更大，這使得載波裝置不能采用固定的阻抗輸出。

6.線路衰減大且具有時(shí)變性

高壓電力線載波通道衰減與頻率的平方根成正比，且具有時(shí)變性。工頻運(yùn)行方式的改變、分支線的長(zhǎng)短以及絕緣子污穢、刮強(qiáng)風(fēng)、下小雨、線路冰凌及阻波器調(diào)諧線圈性能等多種因素會(huì)對(duì)載波通道的衰減產(chǎn)生影響。為此，電力線載波機(jī)必須設(shè)置大于30dB范圍的自動(dòng)增益調(diào)整電路。

結(jié)束語(yǔ)：電力線載波通信技術(shù)伴隨著通信技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。它從發(fā)展之初起以其特有的便捷、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而快速被應(yīng)用，其技術(shù)也隨著市場(chǎng)的不斷需求及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷改進(jìn)與完善，雖然目前這項(xiàng)技術(shù)還存在一定的技術(shù)缺陷，但相信隨著科技的不斷發(fā)展與人們的不斷研究，電力線載波通信技術(shù)一定會(huì)突破現(xiàn)有的技術(shù)缺陷而不斷適應(yīng)人們的發(fā)展需求，從而被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：電力線；載波通信；發(fā)展現(xiàn)狀；信號(hào)衰減；可靠性

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）20-0129-02

電力線載波通信技術(shù)是利用整個(gè)電力系統(tǒng)的輸電線路作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體的一種新型通信模式，這種技術(shù)不需要重新架設(shè)數(shù)據(jù)傳輸通道，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，具有很好的經(jīng)濟(jì)性和便利性。

1 電力線載波通信的發(fā)展及現(xiàn)狀

電力線載波通信技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代，40年代電力線載波技術(shù)最初應(yīng)用在我國(guó)的長(zhǎng)距離電力調(diào)度的通信中，60年代我國(guó)開(kāi)始自主研發(fā)第一代電力載波機(jī)，80年代中期由于單片機(jī)和集成化的出現(xiàn)和發(fā)展，出現(xiàn)了小型化功能多的第二代載波機(jī)，90年代中后期出現(xiàn)了利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的第三代電力載波機(jī)，具有了軟件調(diào)制、濾波、限幅和自動(dòng)增益的功能。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)輸電線路架設(shè)腳步加快，為電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊空間。2001年底，“電力線高速數(shù)據(jù)通信”技術(shù)的核心產(chǎn)品―電力調(diào)制解調(diào)器及多個(gè)相關(guān)產(chǎn)品成功研發(fā)，其傳輸速率可以達(dá)到10 Mbps；到2005年，北京已經(jīng)有五500多個(gè)居民小區(qū)覆蓋了由電力線寬帶接入的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，電力線寬帶用戶多達(dá)4萬(wàn)多戶。2010年國(guó)內(nèi)首個(gè)電力線載波通信實(shí)驗(yàn)室投運(yùn)使用，大力為研發(fā)我國(guó)智能用電服務(wù)關(guān)鍵電力線通信設(shè)備。到如今，我國(guó)高中壓輸電線路載波通信技術(shù)已經(jīng)比較成熟，低壓配電網(wǎng)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線路多、阻抗大等特點(diǎn)使得載波通信技術(shù)在其上應(yīng)用還有較多難點(diǎn)需要攻克。

2 電力線載波通信的優(yōu)點(diǎn)和不足

2.1 電力線載波通信的優(yōu)點(diǎn)

電力系統(tǒng)輸電線工作運(yùn)行條件苛刻，具有很高的可靠性、自愈性、快速反應(yīng)能力以及高覆蓋率等特點(diǎn)，使用輸電線作為通信媒介，可以不占用無(wú)線頻道資源、無(wú)需布線、省工省錢、維護(hù)簡(jiǎn)單，為輸電線載波通信技術(shù)提供了其他通信無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

2.1.1 高覆蓋率

電力系統(tǒng)網(wǎng)高中低壓各級(jí)的輸電線路聯(lián)絡(luò)全國(guó)各個(gè)省市配電網(wǎng)遍布了每個(gè)家庭每個(gè)房間，使用這些線路進(jìn)行載波通信傳輸信號(hào)將比無(wú)線通信技術(shù)擁有更高的覆蓋率。因?yàn)闊o(wú)線通信技術(shù)會(huì)在一片區(qū)域內(nèi)建設(shè)一定數(shù)量的無(wú)線發(fā)射塔，不僅在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有信號(hào)的情況，在人口密集的地方同樣會(huì)出現(xiàn)信號(hào)弱或者信號(hào)被屏蔽無(wú)法連接的狀況。

2.1.2 運(yùn)行可靠經(jīng)濟(jì)

電力輸電線作為主要適用于電力的輸送，要求必須能承受非常惡劣自然環(huán)境和電磁環(huán)境，不易因外力中段線路，使用年限長(zhǎng)遠(yuǎn)。以此作為通信載體較之于專門(mén)的有線通信，具有運(yùn)行可靠、使用年限久、無(wú)需重新架設(shè)線路、運(yùn)行維護(hù)方便的優(yōu)勢(shì)，大大減少了通信的成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)宏觀性。

2.1.3 傳輸速度快

電力線載波通信有高速和低速之分，各有其長(zhǎng)。低速電力線載波通信主要應(yīng)用在配電網(wǎng)自動(dòng)化和部分地區(qū)載波抄表中，高速電力線載波通信主要應(yīng)用在智能配電網(wǎng)高級(jí)測(cè)量體系和用戶側(cè)電力線增值業(yè)務(wù)。電力線載波的數(shù)據(jù)傳輸速率是有線數(shù)據(jù)傳輸，比無(wú)線傳輸速度快很多，其傳輸速率目前可以達(dá)到4.5～45 Mbps。

2.1.4 實(shí)時(shí)性和雙向通信

電力線載波通信可以實(shí)現(xiàn)一直在線，且可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的傳輸和下載。

2.2 電力線載波通信的不足

同樣，由于電力系統(tǒng)輸電線其自身的特點(diǎn)，會(huì)對(duì)載波通信造成一定的局限性，這方面主要體現(xiàn)在輸電線路有自身波阻抗，會(huì)產(chǎn)生熱損失和輻射等，信號(hào)在傳輸時(shí)會(huì)有一定的衰減和損耗，且隨著頻率和距離的增加，衰減的程度也會(huì)增加。另外，輸電線路有成千上萬(wàn)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)兩端的輸電線路很有可能波阻抗是不相同的，因此信號(hào)在輸電線中傳輸會(huì)發(fā)生多次折反射，導(dǎo)致信號(hào)不能完全的傳輸?shù)较乱欢屋旊娋€路，形成多徑折反射衰減。同時(shí)由于輸電線路主要是用于電力輸送，輸電線上面會(huì)存在游離放電電暈、絕緣閃絡(luò)、斷路器重合閘以及檢修線路等情況。這不僅會(huì)給通信信號(hào)造成噪聲干擾，還會(huì)出現(xiàn)通信信號(hào)的中斷的情況。

因此，電力線載波通信將面臨信號(hào)衰減，噪聲、強(qiáng)脈沖干擾等問(wèn)題。必須采取相應(yīng)的手段和措施對(duì)干擾進(jìn)行改善，否則電力線載波通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)將不能完全體現(xiàn)出來(lái)。

3 電力線載波通信可靠性提高措施

電力線載波通信信道的噪聲干擾和衰減性能，這些對(duì)電力線通信的可靠性影響很大。必須采取相應(yīng)的措施來(lái)對(duì)其可靠性進(jìn)行提高，具體有提高網(wǎng)絡(luò)層可靠性的組網(wǎng)措施和提高數(shù)據(jù)鏈路層可靠性的差錯(cuò)處理機(jī)制等方法。

3.1 組網(wǎng)措施

電力線組網(wǎng)主要是為了確保網(wǎng)絡(luò)中集中收發(fā)器和每個(gè)通信終端都能夠?qū)崟r(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸。在理論網(wǎng)絡(luò)中，主要有線形、星形和樹(shù)形三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是由于配電網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)層是多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)糅合在一起的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。因此其組網(wǎng)也顯得十分復(fù)雜，可以使用自動(dòng)組網(wǎng)的方法：定時(shí)的發(fā)送和接收每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息包，中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)、分類以及判斷數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是否有效，實(shí)時(shí)更新記錄能連接的信息包。該方法使得載波通信節(jié)點(diǎn)可以隨意的切換工作狀態(tài)，并且不會(huì)引起數(shù)據(jù)的丟失，提高了網(wǎng)絡(luò)層的可靠性。

3.2 差錯(cuò)處理機(jī)制

在通信傳輸系統(tǒng)中一般都會(huì)使用差錯(cuò)處理機(jī)制來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，例如在?shù)據(jù)傳輸時(shí)在數(shù)據(jù)中加入校驗(yàn)編碼，接收端接收到數(shù)據(jù)后只用對(duì)校驗(yàn)編碼進(jìn)行核對(duì)比較，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤將會(huì)再次重新傳輸，這種方式能過(guò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷錯(cuò)誤，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在數(shù)據(jù)鏈路層提高了電力線載波通信的可靠性。

4 電力線載波通信技術(shù)應(yīng)用

電力線載波通信因其利用現(xiàn)有的電力線為通信媒介，不需重新鋪設(shè)通信線路，覆蓋面廣，成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)有較多的實(shí)際應(yīng)用范例。在遠(yuǎn)程抄表、家居智能網(wǎng)絡(luò)以及醫(yī)療體系領(lǐng)域有了較為成熟的使用。

4.1 遠(yuǎn)程抄表

我國(guó)遠(yuǎn)程抄表出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，但是在隨后的20年內(nèi)進(jìn)展不大，直到21世紀(jì)初電力系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的大力發(fā)展，才逐漸的走向?qū)嵱秒A段。遠(yuǎn)程抄表由終端電表、采集器、收集器和中心控制計(jì)算機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電、收集用水電量等功能。該技術(shù)的應(yīng)用使得抄表人員的工作量大大減少。

4.2 家居智能網(wǎng)絡(luò)

隨著人們生活水平的提高，對(duì)家居生活的質(zhì)量要求越來(lái)越高，需要建立一個(gè)智能化的家居網(wǎng)絡(luò)。在分布住處各個(gè)角落的微控制器和家電內(nèi)部安裝電力線載波通信芯片，以室內(nèi)的電力線為通信媒介，將他們連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不用布設(shè)信號(hào)線和雙絞線和紅外等接口，就可以有效的實(shí)現(xiàn)家居的智能化。

4.3 在醫(yī)療體系中的應(yīng)用

利用已有的電力線網(wǎng)絡(luò)，在醫(yī)院和家庭之間建立起醫(yī)療監(jiān)控網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)重病監(jiān)護(hù)功能，病人的血壓、心率等信息可以通過(guò)電力線監(jiān)控網(wǎng)傳送至醫(yī)療單位，進(jìn)行分析、處理和監(jiān)護(hù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)生活水平的提高，通信技術(shù)在人們的生活中扮演著不可缺少的重要角色。實(shí)時(shí)、高速、可靠的通信技術(shù)才能滿足人們?nèi)找骖l繁的信息交流。成熟的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國(guó)每家每戶，電力線布設(shè)到每個(gè)房間，運(yùn)用電力線載波通信的技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。但是在低壓電力線載波通信技術(shù)方面還有一些需要提高的地方，例如如何增強(qiáng)模擬前端自適應(yīng)濾波和自適應(yīng)均衡以適應(yīng)時(shí)變的、大范圍的線路衰減和線路阻抗的變化。同時(shí)還需要大力研發(fā)成本低、功能齊全、使用可靠地載波通信芯片。

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關(guān)鍵字：試驗(yàn)平臺(tái)；OFDM；耦合器；放大器

中圖分類號(hào)：TN914.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2009）01-0112-03

已有的研究表明，電力線是一種復(fù)雜的通信媒體――無(wú)處不在的噪聲、負(fù)荷變化及一些不可預(yù)測(cè)的干擾都會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。要保證通信質(zhì)量，提高通信速率，選擇合適的調(diào)制方式是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)的單載波調(diào)制系統(tǒng)不適用于高速數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)樾枰獙?duì)信道進(jìn)行多級(jí)均衡，設(shè)備復(fù)雜且收斂性差。多載波頻分復(fù)用（OFDM―Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)，以其抗干擾能力強(qiáng)、帶寬利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)高速低壓電力線載波通信提供了一個(gè)有效的解決方案。

一、OFDM定義

正交頻分復(fù)用是一種正交多載波調(diào)制技術(shù)。傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中，符號(hào)序列被調(diào)制到一個(gè)載波上進(jìn)行串行傳輸，每個(gè)符號(hào)的頻率可以占有信道的全部可用帶寬。OFDM調(diào)制方式是將可用的頻譜分成N個(gè)頻帶較窄、相對(duì)低速率傳輸?shù)淖虞d波，子載波的幅頻響應(yīng)相互重疊和正交。串行傳輸?shù)姆?hào)序列也被分成長(zhǎng)度為N的段，每段內(nèi)的N個(gè)符號(hào)分別調(diào)制到N個(gè)子載波上一起發(fā)送。也就是說(shuō)，OFDM是把一組高速傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流化為低速的并行數(shù)據(jù)流，再將這些并行數(shù)據(jù)調(diào)制在相互正交的子載波上，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸。雖然每個(gè)子載波的傳輸速率并不高，但是所有的子信道加在一起可以獲得很高的傳輸速率。

二、OFDM系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

采用OFDM實(shí)現(xiàn)高速低壓電力線載波通信主要有以下的技術(shù)優(yōu)勢(shì):

（一）OFDM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低

與一般均衡器相比，利用離散傅立葉變換（DFT）對(duì)并行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)，大大降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度。隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI）和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的不斷進(jìn)步，用DFT實(shí)現(xiàn)OFDM已付諸實(shí)用。

（二）能夠有效地消除ISI及子載波間的串?dāng)_

正交頻分復(fù)用OFDM本質(zhì)上是一種通過(guò)延長(zhǎng)傳輸符號(hào)的周期來(lái)克服多徑干擾的并行數(shù)字調(diào)制技術(shù)。它將高速串行數(shù)據(jù)分解為多個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)，這樣每路數(shù)據(jù)碼元寬度加長(zhǎng)，從而減少了ISI的影響。例如，一個(gè)10Mbps的BPSK碼元的長(zhǎng)度只有100ns，而一般電力線中的時(shí)延擴(kuò)展為1μs，這樣接收到碼元會(huì)受到10個(gè)延時(shí)碼元的干擾；OFDM將信道頻帶劃分為100個(gè)子載波，每個(gè)子載波的單位碼元的長(zhǎng)度為10μs，從而大大提高了抗ISI的能力。

（三）有效地降低電力線的衰減特性對(duì)載波通信的影響

作為一種信息傳輸媒介，低壓電力線亦具有射頻信道的多徑效應(yīng)，從而帶來(lái)信號(hào)的頻率選擇性衰減。OFDM將頻率選擇性衰減引起的突發(fā)性誤碼分散到不相關(guān)的子信道上，從而變?yōu)殡S機(jī)性誤碼。這樣可利用一般的前向糾錯(cuò)(ECE)有效地恢復(fù)所傳信息。然而，OFDM本身并不能抑制衰減，各子載波在頻域內(nèi)的位置不同，受到不同程度的衰減影響。OFDM可以根據(jù)信道特性進(jìn)行子信道分配，這樣就能夠保證信號(hào)只在誤碼率能夠滿足通信要求的頻帶范圍內(nèi)傳輸。

（四）頻譜利用率高

OFDM使用正交函數(shù)系列作為子載波，子載波的頻譜正交且相互重疊，可使載波間隔達(dá)到最小，從而提高了頻帶的利用率。如圖1所示，OFDM信號(hào)的頻譜非常接近矩形，因此頻帶利用率可接近香農(nóng)信息論的極限。在低壓電力線載波通信中，單載波系統(tǒng)的頻帶利用率很少超過(guò)80%，而OFDM系統(tǒng)的效率則可接近100%。

三、低壓電力線OFDM 通信系統(tǒng)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

在低壓電力線載波通信中，將OFDM 技術(shù)與信道編碼、均衡、同步、解碼等技術(shù)相結(jié)合，可以組建一個(gè)比較穩(wěn)定可靠的高速通信系統(tǒng)。為了建成一個(gè)基于OFDM 的低壓電力線載波通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，考慮軟件模塊和硬件模塊相結(jié)合的總體方案。采用軟件模塊在PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)發(fā)送信息的編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼過(guò)程，由硬件模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)的放大耦合以及信號(hào)的上下變頻。發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)寬頻帶功率放大器后由耦合器耦合到低壓電力線中進(jìn)行傳遞。本文中設(shè)計(jì)的低壓電力線OFDM 系統(tǒng)平臺(tái)如圖2所示，主要由兩大模塊組成，軟件模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理，硬件模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞。

（一）OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從信源發(fā)出的信號(hào)首先經(jīng)過(guò)級(jí)聯(lián)編碼，在本系統(tǒng)中，級(jí)聯(lián)編碼由卷積碼和RS碼級(jí)聯(lián)而成。經(jīng)過(guò)編碼的信號(hào)進(jìn)入映射模塊，采用DQPSK將信號(hào)調(diào)制成復(fù)信號(hào)。將這些復(fù)信號(hào)送入串并轉(zhuǎn)換模塊后變成N個(gè)子數(shù)據(jù)流進(jìn)入到IFFT模塊進(jìn)入OFDM調(diào)制，得到OFDM碼元。為了進(jìn)一步抑制由信道的多徑性引起的ISI，我們?cè)诘玫絆FDM碼元之后在OFDM碼元中插入保護(hù)間隔，實(shí)際的做法通常是將OFDM碼元中最后的數(shù)據(jù)復(fù)制到OFDM碼元前，然后形成一個(gè)新的OFDM碼元濾波成形，最后發(fā)送到模擬前端。

將接收到的信號(hào)變成為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)同步模塊，得到整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步和頻率同步后得到正確的OFDM碼元組，將這些OFDM碼元組中的循環(huán)前綴去除，然后送入FFT模塊進(jìn)行OFDM解調(diào)。然后將通過(guò)發(fā)射端插入的已知的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，然后進(jìn)行解映射和解碼的步驟，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)流。

為了達(dá)到高速數(shù)字通信的要求，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為2M，電力線信道的延時(shí)為2μs，則一般考慮取整個(gè)OFDM碼元符號(hào)的保護(hù)間隔為6μs，取整個(gè)OFDM符號(hào)的時(shí)間為30μs，則每個(gè)OFDM符號(hào)所攜帶的bit數(shù)為數(shù)據(jù)速率和符號(hào)的有效時(shí)間之積，即2M*24μs =48bit。由于采用的卷積碼的編碼效率為1/2，則經(jīng)過(guò)編碼之后每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)了96bit，而系統(tǒng)采用QPSK的調(diào)制方式，也就是2bit調(diào)制成一個(gè)復(fù)數(shù)信號(hào)，則每個(gè)OFDM符號(hào)必須攜帶48路復(fù)數(shù)信號(hào)，也就是在進(jìn)行OFDM調(diào)制時(shí)需要將信號(hào)串并轉(zhuǎn)換為48路并行的子數(shù)據(jù)流分別加載到48個(gè)子載波上，子載波的間隔為1/（30-6）μs =41.7kHz。系統(tǒng)除使用48個(gè)子載波加載數(shù)據(jù)之外，還使用8個(gè)子載波插入導(dǎo)頻符號(hào)，作為信道估計(jì)和頻率跟蹤用，同時(shí)在兩端流出8個(gè)子載波，一共使用64個(gè)子載波，則所使用的帶寬為41.7k*64，約為2.67M的帶寬。

（二）高頻寬帶功率放大器的設(shè)計(jì)

由于低壓電力線網(wǎng)絡(luò)是為了傳送50Hz 工頻電功率而設(shè)計(jì)的，它對(duì)于1MHz 以上的信號(hào)的輸入阻抗很小。這意味著發(fā)送器需要提高發(fā)送功率，或者設(shè)計(jì)輸出阻抗很小的放大器，才能達(dá)到將一定功率水平的信號(hào)發(fā)送到電力網(wǎng)絡(luò)中去的目的。已有的試驗(yàn)結(jié)果表明，低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗在幾歐至幾十歐之間。因此設(shè)計(jì)的放大器輸出阻抗必須盡可能的小。

為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，設(shè)計(jì)輸入匹配變壓器；使用耦合電容來(lái)傳輸高頻信號(hào)，阻隔工頻電流；采用MOSFET 管芯片 BLF177 實(shí)現(xiàn)寬帶功率放大，通過(guò)直流電源電路來(lái)驅(qū)動(dòng) BLF177，同時(shí)采用去耦阻隔器阻隔來(lái)自電源的高頻信號(hào)干擾，由于是高頻信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)中除了排除外來(lái)頻率信號(hào)干擾外，還要考慮電路本身各個(gè)元件的高頻特性的影響。

（三）低壓電力線OFDM 系統(tǒng)的耦合電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)有效的低壓電力線高速通信耦合電路，主要應(yīng)該解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

1.能夠適應(yīng)低壓電力網(wǎng)開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)多變的網(wǎng)絡(luò)特性，保證以較低的介入損耗傳輸高頻信號(hào)，同時(shí)阻止電力線50Hz 的工頻電流進(jìn)入通信終端。

2.提供足夠?qū)挼膸?，以及良好的阻抗特性和較小的工作衰減。

3.應(yīng)考慮到實(shí)際應(yīng)用，裝置應(yīng)盡量簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)，便于現(xiàn)場(chǎng)的安裝使用。

低壓電力線載波通信系統(tǒng)中，載波信號(hào)耦合方式主要有電容耦合和電感耦合。本文選用電容耦合，屬于直接耦合，電路簡(jiǎn)單，傳輸特性較電感耦合更理想，工作衰減小。電容耦合采用耦合電容器為主要元件，其電路圖如圖4所示。該耦合電路將高頻載波信號(hào)直接注入到電網(wǎng)，同時(shí)從電力線上接收高頻載波信號(hào)。

高頻電容C00一端接入低壓電力線，另一端與耦合變壓器相連。C00采用高壓電容，其耐壓值大于275 V。C00一方面用來(lái)耦合高頻載波信號(hào)，另一方面起到高壓工頻隔離的作用，這里建議耦合電容C00選用0.0047F。

耦合變壓器T00不僅具有隔離作用，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了信號(hào)線平衡D不平衡的變換及其阻抗的變換作用。T00的初級(jí)線圈與C00組成高通濾波電路，阻止了50 Hz的工頻電流，并盡可能削弱低頻的電力線電壓信號(hào)，減少衰減低頻噪聲及干擾信號(hào)；同時(shí)保證高頻信號(hào)的通過(guò)，并為其提供盡可能小的衰減及線性幅頻、相頻特性。

四、結(jié)語(yǔ)

本章給出了低壓電力線OFDM 載波通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，分別描述了試驗(yàn)平臺(tái)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法以及具體實(shí)現(xiàn)方法；具體闡述了模塊中寬頻帶功率放大器、耦合器的設(shè)計(jì)，給出了詳細(xì)的原理說(shuō)明、實(shí)現(xiàn)方法等。論文對(duì)基于 OFDM 技術(shù)的低壓電力線載波通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)方案給予了說(shuō)明。整套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的成功研制表明將OFDM 技術(shù)應(yīng)用于低壓電力線載波通信，以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信是可行的。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞:解調(diào);FPGA;擴(kuò)頻通信

Design of spreadspectrum Integuate Circuit

for data communication over power line

RONG Yue-dong1 ,XU Dong-ming2 ,ZHOU Xiao-gang3

(1.Xi‘a(chǎn)n University of Posts and Telcommunications Xi‘a(chǎn)n 710061;

2.Xi‘a(chǎn)n University of Posts and Telcommunications Xi‘a(chǎn)n 710061;

3.Xi‘a(chǎn)n Supermicro Electronics Co., LTD Xi‘a(chǎn)n 710061)

Abstract: In order to adapt the development of intelligent electric power net, the design of spread-spectrum Integrate circuit for data communication over power line is presented.Based on the latest technologySystem View in theory modeling and the large numbers of analyze and comparison about the concerned design referred in many related documents,this design is accomplished and validated by using Verilog-HDL and FPGA independently.The experiment result demonstrates that by utilizing this circuit the digital signal can be resumed well from power line and can meet the related performance index. It also verifies that this design can satisfy the digital communication in power line.

Key words: demodulation; Field Programmable Gate Array; spread-spectrum

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的提高,傳統(tǒng)的人工抄表模式已無(wú)法適應(yīng)信息時(shí)代數(shù)字化的要求,因而,遠(yuǎn)程數(shù)字抄表系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前,遠(yuǎn)程抄表可以通過(guò)無(wú)線電波,電話線,低壓電力線等介質(zhì)進(jìn)行傳輸。但考慮到成本以及實(shí)現(xiàn)的過(guò)程,低壓電力線載波利用已有的電網(wǎng),而且不必占用已有的頻譜資源,因此低壓電力線載波通訊傳輸方式比其他通訊方式具有明顯的優(yōu)勢(shì)。雖然由于信號(hào)在電力線上的衰減以及背景噪音的干擾等都很大,電力線并非理想的通信信道。但是根據(jù)香農(nóng)定理,在信道容量固定的前提下,犧牲帶寬可以以較低的信噪比獲取可靠的數(shù)據(jù)傳輸,本文正是根據(jù)這一理論進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2擴(kuò)頻通信工作原理

擴(kuò)頻通信與一般現(xiàn)有的常規(guī)通信方式完全不同[1]。它用偽隨機(jī)編碼把基帶信號(hào)(信息數(shù)據(jù)窄帶信號(hào))的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展,形成相當(dāng)帶寬的低功率譜密度信號(hào)發(fā)射出去。使用不同的偽隨機(jī)編碼,不同通信用戶可在同一頻段、同一時(shí)間工作,互不影響或影響極小地進(jìn)行通信。因此,擴(kuò)頻通信在調(diào)制、解調(diào)上是與眾不同的。擴(kuò)頻通信的基本原理如圖1所示。信息數(shù)據(jù)D經(jīng)通常的數(shù)據(jù)調(diào)制后變成帶寬為B1的信號(hào)(B1為基帶信號(hào)帶寬),用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼(PN碼)去對(duì)基帶信號(hào)作擴(kuò)頻調(diào)制,形成帶寬為B2(B2>>B1)、功率譜密度極低的擴(kuò)頻信號(hào)后再發(fā)射出去。在接收端,首先使用與擴(kuò)頻信號(hào)發(fā)送端相同的偽隨機(jī)碼做擴(kuò)頻解調(diào)處理,把寬帶信號(hào)恢復(fù)成通常的基帶信號(hào),再使用通常的通信處理手段解調(diào)出發(fā)送來(lái)的信息數(shù)據(jù)D。其理論基礎(chǔ)是信息論中的香農(nóng)定理[2]:

C=W log1+

其中:C為信道容量(比特/秒);N為噪聲功率;W為信號(hào)帶寬(赫茲);S為信號(hào)功率。由此可見(jiàn),C不變時(shí),增加帶寬,則信號(hào)的信噪比在較低的情況下,也可以以相同的速率可靠的傳輸信息。因此,增加信號(hào)帶寬,可以使信號(hào)甚至在被噪聲淹沒(méi)的情況下,仍能保持可靠的傳輸。擴(kuò)頻通信正是使用了這一點(diǎn),采用擴(kuò)展信號(hào)帶寬的方法以提高數(shù)據(jù)傳輸中的抗干擾性。

3系統(tǒng)及主要模塊設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及工作原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。它的工作模式為半雙工工作模式。

該電路主要有以下幾個(gè)電路模塊組成:差分編解碼模塊,擴(kuò)頻調(diào)制模塊,偽隨機(jī)發(fā)生模塊,捕獲與跟蹤模塊,解擴(kuò)解調(diào)模塊,低通濾波器模塊,帶通濾波器模塊以及收發(fā)控制接口模塊等。

當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)射態(tài)時(shí)(I/O_C=0),SYNO腳由芯片內(nèi)部的PN碼電路產(chǎn)生同步信號(hào)。外部的單片機(jī)在SYNO的下降沿時(shí)將數(shù)據(jù)置于DATA_IO管腳,該管腳將數(shù)據(jù)送入內(nèi)部的差分編碼及擴(kuò)頻調(diào)制單元與PN碼及80 kHz的載波信號(hào)產(chǎn)生80 kHz的直序擴(kuò)頻信號(hào)(調(diào)制信號(hào))。該信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大之后即可以耦合到低壓電力線上進(jìn)行傳輸。

當(dāng)系統(tǒng)處于接收態(tài)時(shí)(I/O_C = 1),管腳ASI輸入的80 kHz載頻信號(hào)與芯片內(nèi)部電路進(jìn)行混頻產(chǎn)生320 kHz的中頻信號(hào),該320 kHz的混頻信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波電路,低通濾波電路,最后再經(jīng)過(guò)與發(fā)送端同步的的m序列相關(guān)同步解擴(kuò)及數(shù)字信號(hào)處理之后,便恢復(fù)出原始信號(hào)。

3.2主要模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 m序列發(fā)生器

m序列發(fā)生器是在n級(jí)線性移位寄存器的基礎(chǔ)上,加上反饋邏輯電路構(gòu)成的。m序列信號(hào)發(fā)生器有兩中結(jié)構(gòu):Fabonacci型和Galois型[3]。本文采用Fabonacc型移位寄存器產(chǎn)生m序列。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是移位寄存器的反饋抽頭位置與本原多項(xiàng)式一致,序列與初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng),碼序列的產(chǎn)生速度主要受反饋網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延限制。

本設(shè)計(jì)電路采用m序列發(fā)生器[4],其生成的多項(xiàng)式為G(x)=X4+X+1。圖3為其產(chǎn)生電路。其中,4個(gè)小方格代表4個(gè)寄存器D,把他們從左至右依次叫做第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)、第4級(jí)寄存器。對(duì)于系數(shù)C1=1,表示第1級(jí)輸出參與反饋。開(kāi)始時(shí),設(shè)初始狀態(tài)為0001,則根據(jù)圖3可生成15位的偽隨機(jī)序列。圖4為采用Verilog對(duì)圖3電路設(shè)計(jì)仿真的結(jié)果。從圖中可以看出15位偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生,即111101011001000序列。

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3.2.2同步電路模塊設(shè)計(jì)

同步技術(shù)是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。只有實(shí)現(xiàn)了同步,使收發(fā)兩端相關(guān)的信號(hào)在頻率、相位上取得一致,整個(gè)系統(tǒng)才能正常的工作。

這一過(guò)程分為兩個(gè)階段,第一階段為捕獲過(guò)程即粗調(diào)過(guò)程[5],它通過(guò)調(diào)節(jié)送到解擴(kuò)器的本地碼相位實(shí)現(xiàn)兩個(gè)偽碼之間初始同步,當(dāng)捕獲過(guò)程完成時(shí)用于解擴(kuò)的本地參考信號(hào)碼相位與接收擴(kuò)頻信號(hào)碼相位偏差將小于直擴(kuò)系統(tǒng)一個(gè)PN碼單元,這時(shí)接收機(jī)能大致正常解調(diào)出信息。第二階段為PN碼的定時(shí)跟蹤即細(xì)調(diào)過(guò)程[6],跟蹤是通過(guò)相位鎖定方法不斷調(diào)節(jié)補(bǔ)償本地碼相位漂移,以達(dá)到進(jìn)一步縮小同步誤差和保持這種精確同步的目的。在擴(kuò)頻碼同步系統(tǒng)工作過(guò)程中,同步捕獲和跟蹤狀態(tài)應(yīng)該可以相互轉(zhuǎn)換[7]。在捕獲出現(xiàn)因強(qiáng)干擾引起失步時(shí),同步系統(tǒng)必須能夠能迅速地從跟蹤狀態(tài)重新轉(zhuǎn)入捕獲狀態(tài)。而在捕獲真正鎖定時(shí),同步系統(tǒng)也應(yīng)迅速轉(zhuǎn)入到跟蹤狀態(tài)。所以同步系統(tǒng)應(yīng)采用同步識(shí)別控制系統(tǒng)以控制捕獲和跟蹤之間的相互轉(zhuǎn)換。

本設(shè)計(jì)也是基于以上的理論方法而進(jìn)行的同步電路的設(shè)計(jì)。圖5為本設(shè)計(jì)所采用的同步電路原理圖。如圖所示,接收到的信號(hào)經(jīng)寬帶濾波器后,在乘法器中與本地PN碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。此時(shí),捕獲電路調(diào)整壓控鐘源,使PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地脈沖序列的頻率和相位重復(fù)接收信號(hào)的頻率和相位,以捕獲有用信號(hào)[8]。一旦捕獲到有用信號(hào)后,則啟動(dòng)碼跟蹤電路,由其來(lái)控制壓控鐘源,使本地PN碼發(fā)生器與外來(lái)信號(hào)保持同步。如果由于某種原因引起失步,則重新開(kāi)始新的一輪捕獲和跟蹤過(guò)程。圖6為同步電路仿真結(jié)果,從圖中可以看到同步電路工作的兩個(gè)過(guò)程即捕獲和跟蹤過(guò)程。

4系統(tǒng)仿真結(jié)果

本設(shè)計(jì)應(yīng)用SystemView進(jìn)行理論建模仿真,應(yīng)用Verilog-HDL語(yǔ)言進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)。

圖7為系統(tǒng)配置成接收端,芯片主要信號(hào)的仿真波形。圖8為整體仿真局部放大后的電路仿真波形。圖中DATA_IN為所要經(jīng)過(guò)電力線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào),top_data_out_1為系統(tǒng)解調(diào)后接收到的數(shù)據(jù)。SYNC_SH_FA為發(fā)送端系統(tǒng)的同步信號(hào)SYNC;SYNC_SH_SHOU為接收端系統(tǒng)的同步信號(hào)SYNC;從圖可以看出系統(tǒng)在同步的前提下可以正確的解調(diào)出電力線上數(shù)據(jù)信號(hào),從而完成電力線通信的功能。

5結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款基于擴(kuò)頻通信的低壓電力線載波調(diào)制解調(diào)芯片,詳細(xì)的描述了其工作原理及主要模塊的設(shè)計(jì)思想,并用Verilog語(yǔ)言進(jìn)行了代碼設(shè)計(jì)。此外,本設(shè)計(jì)通過(guò)了嚴(yán)格的FPGA驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明本設(shè)計(jì)能很好的滿足設(shè)計(jì)要求,因而具有很高的實(shí)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介

榮岳棟,碩士,通信專用集成電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐東明,教授,碩士,通信專用集成電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

篇9

關(guān)鍵詞：電力線通信；監(jiān)控系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM764

隨著目前城市建設(shè)的高速發(fā)展和一戶一表工程的廣泛實(shí)施，客戶電能表的數(shù)量不斷增加，而由于利益的驅(qū)動(dòng)，存在不少用戶竊電的現(xiàn)象，況且電表設(shè)備安裝在用戶端，給違章竊電提供了便利，給電力系統(tǒng)的維護(hù)和管理造成了巨大的不便，易造成資源的浪費(fèi)和電耗的居高不下。這種情況給用電管理部門(mén)帶來(lái)了越來(lái)越繁重的任務(wù)，迫切需要提高現(xiàn)代化用電管理的技術(shù)水平。然而電表箱的安裝地點(diǎn)卻是無(wú)法改變的，因此只能在防竊電、防電表箱的破壞和開(kāi)啟上進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。本文是基于電力線傳輸?shù)碾姳硐溥h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過(guò)此監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分，就可以及時(shí)的反饋電表箱的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸。這樣就可以通過(guò)設(shè)計(jì)的監(jiān)控軟件將所有的監(jiān)控設(shè)備聯(lián)系在一起構(gòu)成一個(gè)電表箱防竊防破壞系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電表箱的統(tǒng)一實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，掌握電表箱的開(kāi)啟時(shí)間，防止電表箱的破壞。

1 基本現(xiàn)狀

電力供應(yīng)在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著非常重要的角色，人們的工作和生活都離不開(kāi)它。但電力系統(tǒng)目前面臨著十分嚴(yán)峻的形勢(shì)和非常復(fù)雜的環(huán)境，其中最大的挑戰(zhàn)是電耗高、傳輸過(guò)程損失較大和部分不法分子的竊電。針對(duì)這種情況采取的一般都是低端的防盜報(bào)警方法，這種方法通常用于遠(yuǎn)程不動(dòng)點(diǎn)報(bào)警的場(chǎng)合，雖然可以防止了破壞和盜竊現(xiàn)象，但該傳統(tǒng)方法具有高發(fā)射功率、覆蓋面積小和管理方面的制約因素等很多缺點(diǎn)，不利于電力系統(tǒng)的管理和維護(hù)[1]。而基于電力線的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)則可以使用現(xiàn)有電力設(shè)備，利用電力線傳輸報(bào)警信息，可以實(shí)現(xiàn)低成本，高效率的防盜，防破壞報(bào)警。

發(fā)展基于電力線的電表箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的缺點(diǎn)方法，可以有效解決功耗問(wèn)題。目前有很多電力部門(mén)使用一些低端報(bào)警設(shè)備，防盜設(shè)備或軟件，但是當(dāng)前報(bào)警系統(tǒng)有很多缺陷和不足。例如很多電力報(bào)警系統(tǒng)，使用的軟件或系統(tǒng)獨(dú)立，不依賴于電力傳輸線，這就給電力行業(yè)造成了很大的壓力，同時(shí)需要架設(shè)額外的信號(hào)線，也會(huì)為能源消耗帶來(lái)許多壓力。而基于電力線的電表箱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以使用的區(qū)域范圍廣泛，不僅用于分布集中的住宅區(qū)，更主要應(yīng)用于大型工礦企業(yè)和自助變電站、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)、停車場(chǎng)等等，可以有效的防竊電和防電表箱的破壞。

2 硬件系統(tǒng)方案確定

2.1 總方案的確定

運(yùn)用原有電力線傳送信號(hào)，在每個(gè)電表箱中安裝一個(gè)監(jiān)控按鈕和報(bào)警芯片，當(dāng)表箱開(kāi)啟或惡意破壞時(shí)，報(bào)警芯片識(shí)別并發(fā)送報(bào)警信號(hào)由原有220V電力線傳遞報(bào)警信息，并由報(bào)警監(jiān)控指揮中心接收，并及時(shí)通知工作人員進(jìn)行查看，本方案是利用高壓電力線、中壓配網(wǎng)電力線或低壓配電線作為信號(hào)傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。把載有信息的高頻載波信號(hào)加載于電流，然后用電力線傳輸，接收信息的適配器再把高頻載波信號(hào)從電流中分離出來(lái)以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。前臺(tái)使用Visual Basic 6.0編寫(xiě)軟件界面，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL2005。

2.2 電力線載波通信技術(shù)的使用

電力線載波是指利用高壓、中壓或低壓配電線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。該技術(shù)是把載有高頻載波信號(hào)加載于電流，然后用電力線傳輸，接收信號(hào)的適配器再把高頻載波信號(hào)從電流中分離出來(lái)以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。電力線通信可以利用現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施，通信可靠性高，具有等時(shí)性，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)管理提供傳輸通道，實(shí)現(xiàn)電力、數(shù)據(jù)和圖像綜合業(yè)務(wù)傳輸[2]。

本系統(tǒng)采用電力線載波通訊模塊來(lái)進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換，其核心芯片采用專用電力載波集成電路，配合新形科技專門(mén)研發(fā)的通訊算法及電力線接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，使得產(chǎn)品具有通信速率高，通訊可靠，抗雜波干擾能力強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，是專門(mén)為適應(yīng)中國(guó)國(guó)內(nèi)電力線應(yīng)用環(huán)境而研發(fā)的高性能電力線載波通訊產(chǎn)品。其實(shí)物圖見(jiàn)圖1。

2.3 單片機(jī)的選擇和開(kāi)發(fā)

硬件系統(tǒng)由于要實(shí)現(xiàn)電表箱報(bào)警狀態(tài)信息的傳輸，因此采用既不太簡(jiǎn)單又不是過(guò)于復(fù)雜的單片機(jī)即可，因此選擇采用STC89C52RC，該單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速低功耗超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容8051單片機(jī)，可以任意選擇6時(shí)鐘機(jī)器周期和12時(shí)鐘機(jī)器周期，其容量和速度完全滿足該監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)硬件的方案需求[3]。監(jiān)控系統(tǒng)硬件實(shí)物圖如圖2所示。

單片機(jī)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用德國(guó)Keil Software公司的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)C語(yǔ)言的語(yǔ)法類似，在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上比匯編語(yǔ)言有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用，可以大大的提高工作效率和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期，還可以在關(guān)鍵的位置嵌入?yún)R編語(yǔ)言，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。編譯代碼高效、快速，生成的目標(biāo)代碼效率非常高，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，在不改變?cè)须娏ο到y(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)電力載波模塊和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并將信息直接利用電力線進(jìn)行傳送，可以節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控，方便了電力系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理。同時(shí)采用電力線通信解決了數(shù)據(jù)信息的采集和傳送，提高了系統(tǒng)的安全性，隨著電力線通信技術(shù)的不斷成熟和GPRS網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，基于電力線通信的監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用[4]。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

【關(guān)鍵詞】配電自動(dòng)化；電力線載波通信技術(shù)；數(shù)據(jù)庫(kù)

前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，在用電量日益增加的同時(shí)，也對(duì)生活的用電質(zhì)量提出了更高的要求。但就我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，由于資金短缺、設(shè)備落后等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了配電網(wǎng)的發(fā)展，甚至導(dǎo)致了一些配電事故的發(fā)生。鑒于此，加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)刻不容緩。當(dāng)前，在科學(xué)技術(shù)的影響下，配電自動(dòng)化技術(shù)作為融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力系統(tǒng)技術(shù)以及通訊技術(shù)為一體的新型系統(tǒng)，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從而確保配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了供電質(zhì)量，并減少了工人的工作強(qiáng)度，大大降低了供電企業(yè)的運(yùn)行成本。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，通常以通信手段為基礎(chǔ)，一是將控制中心產(chǎn)生的命令傳輸至各個(gè)不同地方的遠(yuǎn)方終端，二是將遠(yuǎn)方設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行情況以數(shù)據(jù)信息的方式傳回控制中心，從而保證實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動(dòng)化管理。由上可見(jiàn)，通信技術(shù)是決定配電自動(dòng)化技術(shù)高低的重要標(biāo)志。

1.配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的概述

所謂配電自動(dòng)化，就是對(duì)配電網(wǎng)中各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成，構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)以及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)督，不斷優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行方式；一旦配電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障，也能夠根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)找出故障區(qū)域，及時(shí)采取補(bǔ)救措施，盡量減少停電的時(shí)間和面積，保證用戶的用電需求。在這個(gè)過(guò)程中，與輸電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化系統(tǒng)相同，配電自動(dòng)化系統(tǒng)也需要以一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)為依托，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)、控制命令等在控制中心與遠(yuǎn)方終端之間的傳輸。

1.1 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

配電自動(dòng)化通信具有如下特點(diǎn)：一是終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)量非常多。配電網(wǎng)的遠(yuǎn)方終端包括變電站、配電變壓器以及線路負(fù)荷開(kāi)關(guān)等多種設(shè)備，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)這些設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，就需要大量的終端節(jié)點(diǎn)。二是通信節(jié)點(diǎn)比較分散。配電設(shè)備的分布區(qū)域比較廣泛，在安裝配電自動(dòng)化終端時(shí)，其節(jié)點(diǎn)的分布比較分散。三是通信距離很短。配電網(wǎng)所覆蓋的一個(gè)區(qū)域相對(duì)比較小，各個(gè)配電自動(dòng)化通信節(jié)點(diǎn)間的距離短。當(dāng)在配電自動(dòng)化通信網(wǎng)中將主通道與小區(qū)的分支通信網(wǎng)結(jié)合的時(shí)候，配電自動(dòng)化終端設(shè)備之間的通信距離只有二到三公里。四是通信數(shù)據(jù)的量很小。由于配電自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端的控制對(duì)象主要是線路開(kāi)關(guān)以及配電變壓器等設(shè)備，監(jiān)控的數(shù)量有限，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘啃　?/p>

1.2 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的基本要求

在配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，需要注意以下要求：首先，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的運(yùn)行條件是非?？量痰?，對(duì)可靠性的要求非常高。這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的配電自動(dòng)化通信裝置都處于戶外環(huán)境，容易受到溫度、降水等惡劣自然條件的影響。在通信設(shè)備的安全過(guò)程中需要進(jìn)行防雨、防潮等保護(hù)措施，尤其是對(duì)于安裝在電力線柱上的設(shè)備來(lái)說(shuō)，要保證其具有很強(qiáng)的抗干擾能力，避免受到高電壓、雷電等不良條件的破壞。其次，要確保在配電線路發(fā)生故障時(shí)，通信系統(tǒng)能夠正常進(jìn)行通信功能，這樣就可以保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)仍具有故障定位的能力。特別是對(duì)使用電力線載波的通信方式來(lái)說(shuō)，還需要考慮當(dāng)線路開(kāi)關(guān)打開(kāi)后的信號(hào)通道問(wèn)題。再者，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)還應(yīng)該具有雙向通信、可靠性高以及操作維護(hù)方面等特性。

2.配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)

2.1 配電自動(dòng)化中的電力線載波通信系統(tǒng)的研究

2.1.1 配電自動(dòng)化中的電力線載波通信系統(tǒng)的概述

就當(dāng)前的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式來(lái)說(shuō)，按照信道的不同，主要分為光纖、無(wú)線、微波以及電力線載波等多種方式。其中，電力線載波作為電力自動(dòng)化通信的重要方式之一，是通信高速公路中的重要組成部分。電力線載波分為輸電線載波和配電線載波，相比較光纖通信方式來(lái)說(shuō)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。比如說(shuō)，電力線載波在通信過(guò)程中不需要再鋪設(shè)通道，通常與功率通道為一體，因而在通信中不易受到網(wǎng)絡(luò)變化的影響；通信通道設(shè)備的操作維護(hù)也是非常方便。相對(duì)的，這種通信方式也具有一些缺陷，首先，電力線載波在通信過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，尤其是在高壓電力線路中，游離放電電暈和開(kāi)關(guān)操作等過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲；此外，電力線路上的阻抗變化也是很大，一般高壓電力線的阻抗在300～400Ω 左右，而且呈現(xiàn)波動(dòng)的狀態(tài)，這樣就會(huì)嚴(yán)重影響載波通道的衰減。當(dāng)通道的加工不完善或是存在容性的負(fù)載，這就會(huì)使載波通道的阻抗加劇變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致通信的中斷。

2.1.2 低壓電力線載波通信的應(yīng)用

電力線載波通信可以依據(jù)高壓電力線、中壓電力線、低壓配電線三種電力線進(jìn)行信息傳輸。其中高壓的電力線載波主要用于地、市級(jí)或是以下的供電部門(mén)的調(diào)度通信管理；中壓電力線載波可以作為配電網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用傳輸通道；而低壓電力線載波則能夠?yàn)橛脩籼峁┚W(wǎng)絡(luò)接入以及智能家居等服務(wù)。就中壓電力線載波的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，主要用于10 kV的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)作為數(shù)據(jù)的傳輸通道，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動(dòng)化管理作依托。10 kV的配電網(wǎng)傳輸具有非常復(fù)雜的特性，只能夠通過(guò)測(cè)試來(lái)得到數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的特性。在對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化中的電力線載波通信進(jìn)行研究的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分分析具體應(yīng)用的現(xiàn)狀。對(duì)于電力線載波的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備應(yīng)用中，一旦因傳輸距離過(guò)長(zhǎng)而不能夠及時(shí)送達(dá)時(shí)，要根據(jù)不同的調(diào)制方法采取不同的中繼方式，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。再者，面對(duì)突發(fā)的噪聲干擾現(xiàn)象，并不只是簡(jiǎn)單的進(jìn)行校驗(yàn)，要采取恰當(dāng)?shù)慕鉀Q措施。在大型的、多用戶的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力線載波在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，往往缺少實(shí)際的第一手資料，所以為了快速的響應(yīng)這個(gè)問(wèn)題，就需要不斷完善現(xiàn)有的傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)，有效的實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。

2.2 配電自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動(dòng)化具有信息量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，無(wú)論是從計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)還是軟件體系來(lái)說(shuō)，都應(yīng)該不斷滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。在配電自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，要不斷滿足實(shí)時(shí)高效的要求，然而當(dāng)前大型的商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)很難滿足這個(gè)需求，可以與專用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，從而形成集網(wǎng)絡(luò)功能與透明傳輸功能于一體的全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣不僅方便了相關(guān)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程，也使得整個(gè)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，配電自動(dòng)化中的電力線載波通信作為一種以電力線為傳輸媒介的信息傳遞方式，廣泛的應(yīng)用于我國(guó)的配電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中。但與此同時(shí)，面對(duì)電力線噪聲大、阻抗變化大的缺點(diǎn)，還需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，從而保證配電自動(dòng)化系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，不斷提高配電自動(dòng)化通信的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

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