电力线载波基础知识.doc

1)BPSK+丰富协议:Echelon，瑞斯康等 2）扩频：福星晓程，上海弥亚微等 3）FSK:东软等 4）窄带OFDM:力合微，美信，西班牙ADD等 5）宽带OFDM:DS2，Intellon等 三、电力线通信需要强大载波芯片 电力线是给用电设备传送电能，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制： 首先，配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。其次，三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB)，一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。第三，不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同，耦合方式有线-地耦合，线-中线耦合。线-地耦合方式与线-中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几分贝，但线-地耦合方式不是所有地区的电力系统都适用。第四，电力线自身的脉冲干扰，加大了应用难度。第五，电力线对载波信号有高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实践中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里以外，但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，需要进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，但提高载波信号功率会增加产品的成本和体积，而且，单一提高载波信号功率往往并不是最有效的方法。第六，电力线上有高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的；有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用耦合电感从电力线上耦合下来的噪声一般就在10mV以上，而一般传输的数据信号会削减到1mV，如不采用电力线专用modem芯片来解调数据信号，通信距离会相当短。第七，电力线可使数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样，同时电力线是时刻动态变化的，不同时间对数据信号影响也不一样，这就使发出的规则数据信号，经过电力线后，发生严重变形，必须加以特殊处理。 电力线造成传输信号的高削减和高变形，使电力线成为一个不太理想的通信媒介，但由于现代通信技术的发展，使电力线载波通信成为可能，其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。电力线载波通信的关键就是设计出一个功能强大的电力线载波专用modem芯片。 四、国内现有电力载波通信芯片技术特点 中国的电*性、电网结构及居民住宅分布状况使电力线载波通信在应用方面与国外有一些不同之处。近年来，不少国内公司也推出了自己的电力线载波通信芯片，取得了一些可喜的突破。现有的电力波通信芯片的技术特点可以从调制方式、传输速率、通信频率、通信功率、EMI标准、芯片技术等方面进行探讨。国内载波通信芯片参数见表2。 国内载波通信芯片参数表 (原文件名:未命名.jpg)引用图片1、调制方式与传输速率 目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。 国内载波通信产品主要采用直接序列扩频技术。其中东软为FSK，15位直序列扩频通信；福星晓程DPSK63位直序扩频；弥亚微为QPSK扩频调相、过零同步、分时传输；鼎信为二进制连续相位移频FSK，过零同步、分时传输。 上述各家的扩频技术各有不同特点。对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。目前这四家中，传输速率分别为弥亚微，同时提供200、400、800、1600bps四种可变速率；东软：330bps；福星晓程：250/500bps；鼎信：100bps。按照现阶段现场实际应用状况来看100至500bps速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控制（断送电）和管理功能则需要提供更高速率保证。 2、通信频率 关于通信频率，在美国由联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100450kHZ；在欧洲由欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3148.5kHZ。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显着的贡献，目前全球AMR系统均采用该频段标准。 国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为2家，分别是福星晓程120KHz和弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz三种可选。 3、通信功率及EMI指标 国内东软、福星晓程、鼎信等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法。在实际产品化的过程中，基本上做到3W至5W，有的电表厂甚至做到了8W，这种做法是绝对不可取的。首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成大量的能源浪费，这也有悖于国网公司上集抄系统的初衷；其次，如此大的功率传输将会严重污染电力线信道环境，我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者，现在却也能成为最大的制造者。 就目前研究了解的情况，国内只有弥亚微的载波芯片Mi200E采取低功耗设计。其发送信号时的功率仅为0.4W，在保证可靠的通信性能的同时该芯片EMI等相关指标满足欧洲标准。 4、芯片技术 严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企业，像东软和鼎信均是采用MOTROLA的MC3361单片机通过软件完成物理层、MAC层、网络层的模式。其优点是降低了研发难度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。福星晓程和弥亚微均是完全自主开发的载波通信芯片产品。 五、促进电力线载波芯片的发展 目前比较认同的芯片方案是：采用BPSK调制解调技术、多阶的模拟和数字滤波、AGC自动控制、DSP算法*噪音强度。但国际远传电表市场的发展，也对国内相关产业提出更高要求。针对远传电表市场，我个人认为电力线载波通信芯片要做到以下几点： 1、稳定可靠性不高 电力线通信(PLC)在欧美等地区集抄方案(AMR)中的应用已有几十年的历史，使用效果非常好。尽管国内对电力线通信关注度非常高，但在中国本地还没有取得明显的成绩。其中最大的障碍之一是其通信的稳定可靠性，这是所有基于载波抄表方案必须解决的一个迫切问题，而且在解决这个问题时，不能提高解决方案成本。 2、解决通信距离问题 在线路负荷较重的情况下，通信距离能达到300米到500米，也就是说加一两级中继，在同一配电变压器下解决通信距离问题。 3、把电力线载波通信芯片集成到电表中 电力线载波通信芯片集成到远传电表中，传统的抄表系统用集中器采集电表脉冲，再转换成电表读数，造成了自动抄表系统读数与电表实际读数不一致，在缴费时，用户会有疑问，使目前自动抄表系统未能发挥应有作用。随着电子电表的普及，把电力线载波通信芯片集成到电表中，就可从根本上解决上述问题。目前，有不少公司在研发全电子电表的单芯片解决方案，这是国内外一大趋势。 摘自：/data/html/2011-1-17/88347.html 另外：/sread.asp?cid=4瑞斯康网站信息： 问：扩频技术与窄带技术哪一种更好？ 答：如果有充足的频率资源或信道带宽，并且信道环境良好（即没有过度的干扰），则扩频技术能充分利用整个信道带宽来换取高速率的数据传输或以低速率实现远距离通信。而窄带技术是一种“无私”的技术，它将信号能量集中在某频点附近，只占用极少的信道资源实现通信，而不会影响其他频点的通信。当通信媒介或环境良好，并且有充足的频率带宽，则扩频技术应该比窄带技术性能好。然而，如果通信环境恶劣或频率带宽受限，则扩频技术的性能表现将不如窄带技术。理论上，对于任何信道情况，扩频技术与多频点的窄带技术都有着同样的通信性能。 1.6问：为什么瑞斯康微电子采用窄带电力线载波通信技术？ 答：瑞斯康微电子的核心技术人员在无线通信、通信技术研究和芯片设计等领域有着十多年的实践经验，深知扩频技术在无线信道中的特点与优势。在充分研究了电力线信道的特性后，瑞斯康观察到扩频技术在电力线上不仅并不具有优