采用低壓電力線載波通信技術(shù)實現(xiàn)能源管理

趙 欣（天津市電力公司城南供電公司，天津 300061）

趙新政（陜西凱興電子科技有限責(zé)任公司，陜西 710000）肖和平（天津市高校供熱工程公司，天津 300042）

引言

電力線載波 （Power Line Carrier）通信是利用高、中、低壓電力線作為信息媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式。

目前，由于高、中壓電力線網(wǎng)絡(luò)的專一性，在其基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)通信國內(nèi)外已基本成熟。本文主要介紹陜西凱星電子科技有限責(zé)任公司在低壓電力載波通信領(lǐng)域的技術(shù)成果與應(yīng)用。

陜西凱星電子科技有限責(zé)任公司通過不懈努力的研究和開發(fā)，獨創(chuàng)了“多頻段自適應(yīng)直接序列展頻技術(shù) （英文為：Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，徹底解決了國內(nèi)外眾多研發(fā)機(jī)構(gòu)至今尚未解決的低壓電力載波通信傳輸?shù)?“實時準(zhǔn)確性”和“超強(qiáng)抗干擾性”兩大世界技術(shù)難題。并已將其成功應(yīng)用于水、電、氣、熱四大能源的“信息化管理和節(jié)能降耗”領(lǐng)域，同時，該技術(shù)還可拓展應(yīng)用于工控、消防、瓦斯監(jiān)測、溫度調(diào)控、安全防范、保護(hù)電力設(shè)施以及家庭自動化等更多更新的領(lǐng)域。

電力線載波通信的關(guān)鍵性技術(shù)是解決低壓電力線干擾的繁雜和不確定性，以及電力線負(fù)載變化導(dǎo)致的電力線負(fù)荷阻抗的易變性，從設(shè)計上確保系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)適應(yīng)阻抗變化的范圍，使接收適配器自動承受線路阻抗衰減變化的影響，我們充分吸收和參考國內(nèi)外眾多別人前車之鑒所積淀的經(jīng)驗和教訓(xùn)，視實時性、準(zhǔn)確性、可靠性為系統(tǒng)的核心生命，創(chuàng)新和突破了進(jìn)入信息時代對人類貢獻(xiàn)最大的三大高通信技術(shù)（即：光纖通信、衛(wèi)星通信、擴(kuò)頻通信）中的擴(kuò)頻通信技術(shù)，并在擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上獨創(chuàng)了“多頻段自適應(yīng)直接序列展頻技術(shù)（Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，并將獨創(chuàng)的尖端技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)出KS5001載波通信芯片，再將該芯片與外圍電路二次集成設(shè)計生產(chǎn)出KS5021、KS5041電力線載波專用通信模塊，徹底解決了國內(nèi)外眾多研發(fā)機(jī)構(gòu)上世紀(jì)八十年代至今耗資上百億都無法解決的低壓電力線載波信號傳輸?shù)摹皩崟r準(zhǔn)確性”和“超強(qiáng)抗干擾性”兩大世界技術(shù)難題，實現(xiàn)了抄讀成功率100%、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率100%、通斷控制率100%，從而使國際公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)、最實用、最先進(jìn)的“低壓電力線載波通信技術(shù)”能夠真正的實際應(yīng)用。

多頻段自適應(yīng)直接序列展頻技術(shù) （Auto-adapt Multi Frequency DSSS）跟通常的跳、擴(kuò)頻通信技術(shù)有著本質(zhì)上的區(qū)別，要區(qū)別它們首先要對擴(kuò)頻通信技術(shù)有一些簡單的了解：

1.擴(kuò)頻技術(shù)（Spread Spectrum），也即展頻技術(shù)。是為了提高通信數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾能力，把通訊的頻譜或頻道進(jìn)行擴(kuò)展，以保證傳輸數(shù)據(jù)在惡劣傳輸環(huán)境中的可靠性和穩(wěn)定性。擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為：「跳頻技術(shù)」及「直接序列」兩種方式。

跳頻技術(shù)：也稱跳頻擴(kuò)展頻譜，英文為：Frequency Hopping Spread Spectrum，縮寫為：FHSS,是在同步、且同時的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對于一個非特定的接受器，F(xiàn)HSS所產(chǎn)生的跳動訊號對它而言只算是脈沖噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設(shè)計來規(guī)避噪聲或One-to-Many的非重復(fù)的頻道，并且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求，使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔 (Dwell Time)為400ms。跳頻技術(shù)實質(zhì)上是在信號傳輸?shù)倪^程中，傳輸頻率在時域上必須不斷的變化，而且頻率變化的頻點至少在75個以上。

直接序列展頻技術(shù) (Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)：是將原來的訊號「1」或「0」，利用10個以上的chips來代表「1」或「0」位，使得原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率。而每個bit使用多少個chips稱做Spreading chips，一個較高的Spreading chips可以增加抗噪聲干擾，而一個較低Spreading Ration可以增加用戶的使用人數(shù)。

凱星“多頻段自適應(yīng)直接序列展頻通信技術(shù)”：凱星公司創(chuàng)新和突破了的跳、擴(kuò)頻通信技術(shù)，從原理上也稱 “多頻段自適應(yīng)直接序列展頻通信技術(shù)（Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，其實質(zhì)上是直接序列展頻技術(shù) (Direct Sequence Spread Spectrum；DSSS)的一種擴(kuò)展，即在直接序列展頻技術(shù)（DSSS）的基礎(chǔ)上增加多個可選擇的通信頻段，在檢測到某一頻段的同頻干擾較大或傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性較差時，可自適應(yīng)的選擇到其它傳輸較穩(wěn)定和可靠的頻段，其頻點并非象跳頻技術(shù)一樣在定時變化，徹底解決了信號在傳輸過程中遇到各種白噪聲和定頻干擾問題。

擴(kuò)頻通信工作原理：擴(kuò)頻通信工作原理見下圖，在發(fā)送端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。

抗干擾：

對于各種形式人為的(如電子對抗中)干擾或其他窄帶或?qū)拵?擴(kuò)頻)系統(tǒng)的干擾，只要波形、時間和碼元稍有差異，解擴(kuò)后仍然保持其寬帶性，而有用信號將被壓縮，如下圖。

擴(kuò)頻系統(tǒng)抗寬帶干擾能力示意圖

對于脈沖干擾，帶寬將被展寬到B，而有用信號恢復(fù)(壓縮)后，保證高于干擾，如下圖。

擴(kuò)頻系統(tǒng)抗脈沖干擾能力示意圖

行業(yè)應(yīng)用

該技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了在“水、電、氣、熱”四大行業(yè)中對能源進(jìn)行計量、收費、控制等自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化的管理，推動了我國網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的飛速發(fā)展；同時系統(tǒng)產(chǎn)品在節(jié)能降耗方面填補(bǔ)了通過載波技術(shù)手段和科學(xué)有效的管理方法全面實現(xiàn)“水、電、氣、熱”四大能源的高效節(jié)能管理和科學(xué)調(diào)配管理領(lǐng)域的空白，提升了國際通用能效管理3EM理論中：人、組織/管理層面的節(jié)能效率，加快了現(xiàn)代化節(jié)約型和諧社會的進(jìn)程，對行業(yè)及相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域必將產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。