論文：電力線載波通信應(yīng)用

電力線載波通信應(yīng)用

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摘要：介紹了電力線載波通信技術(shù)的使用環(huán)境和自身特點(diǎn)，電力線載波通信面臨的困難。電力線通訊常用的幾種方式，重點(diǎn)說明了擴(kuò)頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)和直接序列擴(kuò)頻的原理。簡述了幾款專用電力線載波芯片，著重介紹了福星曉程和青島東軟的載波芯片的應(yīng)用電路以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，比較了這兩款載波芯片異同，相同處為直接序列擴(kuò)頻，不同之處在于分別采用了相位調(diào)制和頻率調(diào)制。
關(guān)鍵詞：電力線載波；直接序列擴(kuò)頻；PL3106；PLCi38-III
Abstract: Introduced the environment of power line carrier communication technology,which own characteristic and the power line carrier communication fac
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推出以來,PLC已經(jīng)被而有效地應(yīng)用于電力系統(tǒng),它具有通道可靠性高,抗破壞能力強(qiáng),投資少,不需要架設(shè)專用線路。鑒于自身的特點(diǎn)，電力系統(tǒng)一直以來都致力于發(fā)展和利用電力載波通信來實(shí)現(xiàn)電力的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度，并取得較好的效果，因此在很長的時(shí)間里,電力線載波在電力系統(tǒng)通信中占有主導(dǎo)地位。
1 低壓電力線載波通道特性
目前廣泛應(yīng)用的電力線載波通道主要集中在中、高壓電力線。低壓配電網(wǎng)由于直接面向用戶,各種不同性質(zhì)的負(fù)荷在任意的時(shí)間和位置隨機(jī)的斷開和連接，這使其通信環(huán)境極其惡劣。 電力線并非專為傳輸信號(hào)而設(shè)計(jì)，對(duì)于高頻信號(hào)電力線是一根非均勻傳輸線，在利用電力線作為傳輸媒介的通信過程中存在如負(fù)荷情況復(fù)雜,噪聲干擾強(qiáng)且具有時(shí)變性,信號(hào)衰減大,信道容量小等問題。影響電力線通信質(zhì)量的原因主要有以下三種：
1） 高頻信號(hào)的衰減及失真
由于電力線上隨機(jī)接入和斷開各種感性負(fù)載和容性負(fù)載，高頻信號(hào)在傳輸中必然存在衰減。一般來說，傳輸距離越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減越嚴(yán)重，但是由于電力線是非均勻的傳輸線，負(fù)載阻抗不匹配，這就會(huì)出現(xiàn)成駐波、反射等問題，不僅會(huì)使信號(hào)衰減，還會(huì)造成信號(hào)失真。
2）輸入阻抗不定
低壓電力網(wǎng)直接面對(duì)用戶，接入的負(fù)載類型各不相同，這使得不同頻率的阻抗也各不相同。而且電力線上的阻抗并非一成不變，因?yàn)樨?fù)載接入是隨機(jī)的，無法根據(jù)某特定的阻抗選擇固定的頻率與之匹配。這給設(shè)計(jì)帶來很大的困難。
3） 傳輸干擾
電力線上存在著人為和非人為的干擾，人為的干擾主要是接入電力線的設(shè)備造成的，非人為的干擾是由一些如雷電等自然現(xiàn)象引起的。各種干擾都會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量有不利影響。
2 電力線載波常用通信方式
低壓電力線載波常用通信方式主要有窄帶通信、正交頻分復(fù)用、擴(kuò)頻通信等方式。
2.1 窄帶通信技術(shù)
窄帶通信方式是早期電力線載波多采取的通信方式，主要包括相移監(jiān)控（PSK）和頻移鍵控（FSK）方式。PSK方式用兩種不同的相位表示“0”、“1”，通常是用0°和180°。FSK方式用兩種不同的頻率表示“0”、“1”。窄帶通信方式成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)，早期應(yīng)用較多，但是抗干擾能力差，目前使用不多。
2.2 正交頻分復(fù)用方式
正交頻分復(fù)用（OFDM）是將串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多個(gè)并行數(shù)據(jù)并分配給相應(yīng)的多個(gè)正交的子載波，從而在一根線上實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸而相互之間不受干擾。OFDM實(shí)際上就是多路窄帶載波同時(shí)傳送，其特點(diǎn)是通信速率高，但是電路成本較高，主要應(yīng)用于對(duì)通信速率要求高的場合。
2.3 擴(kuò)頻通信技術(shù)
擴(kuò)頻通信（SS）是在信號(hào)發(fā)射端將信號(hào)頻譜擴(kuò)展后進(jìn)行傳輸，在接收端再將接收到的信號(hào)解擴(kuò)還原出原始信息。擴(kuò)頻通信常用的四種擴(kuò)頻方式為直接序列擴(kuò)頻（DS）、線性調(diào)頻、跳頻（FH）、跳時(shí)（FH）。當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是直接序列擴(kuò)頻方式。
擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)是抗人為干擾、抗窄帶干擾能力強(qiáng)，早期應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域。通信時(shí)先將普通數(shù)據(jù)調(diào)制為基帶信號(hào)，再用偽隨機(jī)碼（PN碼）對(duì)基帶信號(hào)經(jīng)行擴(kuò)頻調(diào)制，將頻譜拓寬，形成寬帶信號(hào)利用電力線傳輸。在接收端用相同偽隨機(jī)碼進(jìn)行解擴(kuò)，將寬帶信號(hào)恢復(fù)為發(fā)送時(shí)的基帶信號(hào)，最后按照常規(guī)的處理手段將基帶信號(hào)解調(diào)得到信息。
擴(kuò)頻通信的理論依據(jù)是信息論和抗干擾理論的基本公式。信息論中的香農(nóng)信道容量公式為：
(1)
式中，C為信道容量，單位b/s；B為信道帶寬，單位Hz；S為信號(hào)功率，單位W；N為噪聲功率，單位W。式1表示，為了增加傳輸速率C，可以增加帶寬B或信噪比S/N。同樣，在信道容量確定的情況下，如果帶寬足夠大，即使在信號(hào)被噪聲淹沒，也可以保證可靠傳輸，故而擴(kuò)頻通信的抗干擾能力較強(qiáng)。
3 電力線載波芯片
3.1 國內(nèi)外載波芯片概況
早期電力線載波通信使用的是模擬載波機(jī)，至今我國部分地區(qū)仍在使用，現(xiàn)在隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了載波專用集成芯片。國外使用較早的有*R2210/*R2206,這是基于FSK方式的調(diào) ……（未完，全文共6088字，當(dāng)前僅顯示2138字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文：電力線載波通信應(yīng)用》）