關(guān)于電力線載波通信技術(shù)的分析

摘 要：使用電力線載波技術(shù)，在現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸，不需要另外布線，各種用電設(shè)備之間可以在花費最少的情況下，組成智能網(wǎng)絡(luò)，如果能解決各種技術(shù)難題，實現(xiàn)普及，其優(yōu)勢是非常明顯的。借此，文章對電力線載波通信技術(shù)做出初步的分析和介紹。

關(guān)鍵詞：電力線；載波通信；自動路由

1 載波技術(shù)概述

電力線載波通信分為35kV以上的高壓載波通信、10kV配電網(wǎng)的載波通信和民用（400V以下）電力線載波通信。高壓電力線載波通訊技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)有成熟應(yīng)用，在低壓電力線上實現(xiàn)載波通信仍然有許多技術(shù)難點：如網(wǎng)絡(luò)不規(guī)范、節(jié)點多、隔離多、隨機干擾等，給實用化帶來很大難度，這是阻礙低壓電力線載波通信發(fā)展，成為通信領(lǐng)域上的一大挑戰(zhàn)課題。

由于國外電力線載波modem芯片是針對本地區(qū)電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，且一般是針對家庭內(nèi)部自動化而設(shè)計，因此在國內(nèi)使用都難盡人意。要實現(xiàn)電力線載波通訊技術(shù)在國內(nèi)的大面積推廣，仍然需要國內(nèi)芯片廠家、方案供應(yīng)商、電力企業(yè)等多方合作，努力尋找各種干擾情況下的應(yīng)對方案。

1.1 低壓電力線載波存在的問題。電力線上存在的復(fù)雜干擾可分為自然干擾和人為干擾。自然干擾如雷電引起的干擾，這種干擾將影響瞬間的電力線數(shù)據(jù)通訊。但可通過數(shù)據(jù)自動重發(fā)機制和糾錯機制有效地避免此類干擾對數(shù)據(jù)通訊的影響。人為干擾則是由連接在電力線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，對PLC數(shù)據(jù)通訊有嚴重的影響，不僅會造成信號誤碼率高，使得接受裝置無法正確接受；另外，它還有可能使接收設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生自干擾，嚴重影響整個系統(tǒng)的工作。綜上所述，低壓電力線對傳輸信號的不利影響主要與低壓電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、接入的負載、線上的各種噪聲干擾和載波頻率有關(guān)。低壓電力線路上阻抗特性、信號衰減特性和干擾特性非常復(fù)雜。而且隨機性、時變性大。如何克服這些問題是低壓電力線載波通信技術(shù)的關(guān)鍵所在。

1.2 低壓電力線載波不同調(diào)制方式比較

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。該方式通過調(diào)制載波的相位來傳輸數(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題，特別在發(fā)生相位突變時，包絡(luò)不恒定而導(dǎo)致在通過帶限信道后頻譜發(fā)生擴散。（2）FSK頻移鍵控。通過2個不同的載波代表二進制數(shù)據(jù)中的2種狀態(tài)，來完成數(shù)據(jù)的調(diào)制，它屬于非線性調(diào)制。同時，不管調(diào)制信號如何改變，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，而不會使發(fā)送信號占用的頻譜增大；帶外輻射低；接收機設(shè)計簡單。不過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)字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進行鍵控，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)，同時窄帶通信技術(shù)還包括QAM調(diào)制、無載波調(diào)幅調(diào)相（CAP）、DMT調(diào)制及擴展頻譜技術(shù)等。窄帶通信方式易于實現(xiàn)，但抗干擾能力弱，配電網(wǎng)各頻帶的衰減隨著負荷的動態(tài)投切而隨機變化，會出現(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。同時盡管接收機具有較窄的通帶，使僅有一部分噪聲進入接收機，由于接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因數(shù)，瞬間的脈沖噪聲會使其發(fā)生自干擾，而低品質(zhì)的濾波器又會使通帶帶寬加大，令更多噪聲進入接收器。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)計及載波芯片外圍調(diào)制電路的設(shè)計。如圖2所示是采用載波通訊方式的集抄方案拓撲圖。

臺區(qū)集中抄表系統(tǒng)是以計算機應(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。下面對集抄應(yīng)用中的幾個載波相關(guān)功能進行說明和介紹。由于各個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)計時需考慮220V線路側(cè)的阻抗特性。信號耦合變壓器，220V線路側(cè)阻抗一般取3～30n。然后確定線圈初次級的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計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，還要保證前后級之間的阻抗匹配，以達到順利傳遞信號的目的。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也將有所變化的。本電路的帶通頻率范圍是400kHz～600kHz。

2.3 信號放大電路（PAMP電路）。如圖5所示為信號放大電路，其放大的目的是將濾波后的信號不失真的放大75倍以上，以達到30dB以上增益的要求。特別注意的是小信號的不失真。因為主要是完成小信號的放大。并注意電路本身的噪聲干擾不能過大。經(jīng)該放大電路放大后可接入運算放大器繼續(xù)將信號放大。

2.4 自動路由功能。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的解調(diào)信噪比。根據(jù)我國電網(wǎng)的實際經(jīng)驗，500m以內(nèi)的范圍是單級載波可靠傳輸?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，自動路由算法包含在集中器內(nèi)，通過載波協(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，集中器能根據(jù)線路的情況，實時、智能、快速地調(diào)整路由，完成集中器到目的電表的通信，無需人工干預(yù)。而固定中繼是不可取的，既難以維護，實效性也差。綜合各地需求，集中器的自動路由最多要求達到7級，保證系統(tǒng)2km的最遠距離。

3 結(jié)束語

綜上所述，在環(huán)境條件良好的情況下以載波為通訊方式的集抄系統(tǒng)不失為一種好辦法，且此方式已在全國范圍內(nèi)展開。目前在我省用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中已經(jīng)采用此方式做為集抄改造工程的首選方式，且效果良好。從目前而言，電力網(wǎng)有可能成為繼寬帶網(wǎng)絡(luò)、電話、無線通信、衛(wèi)星通信、有線電視等通訊技術(shù)之后又一個可以普及的通信技術(shù)。

參考文獻

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[2]潘瑩玉，高澤民.我國電力線載波通信的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].電力情報.