论文：电力线载波通信应用

电力线载波通信应用

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摘要：介绍了电力线载波通信技术的使用环境和自身特点，电力线载波通信面临的困难。电力线通讯常用的几种方式，重点说明了扩频技术的理论基础和直接序列扩频的原理。简述了几款专用电力线载波芯片，着重介绍了福星晓程和青岛东软的载波芯片的应用电路以及结构特点，比较了这两款载波芯片异同，相同处为直接序列扩频，不同之处在于分别采用了相位调制和频率调制。
关键词：电力线载波；直接序列扩频；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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推出以来,PLC已经被而有效地应用于电力系统,它具有通道可靠性高,抗破坏能力强,投资少,不需要架设专用线路。鉴于自身的特点，电力系统一直以来都致力于发展和利用电力载波通信来实现电力的实时监控和调度，并取得较好的效果，因此在很长的时间里,电力线载波在电力系统通信中占有主导地位。
1 低压电力线载波通道特性
目前广泛应用的电力线载波通道主要集中在中、高压电力线。低压配电网由于直接面向用户,各种不同性质的负荷在任意的时间和位置随机的断开和连接，这使其通信环境极其恶劣。 电力线并非专为传输信号而设计，对于高频信号电力线是一根非均匀传输线，在利用电力线作为传输媒介的通信过程中存在如负荷情况复杂,噪声干扰强且具有时变性,信号衰减大,信道容量小等问题。影响电力线通信质量的原因主要有以下三种：
1） 高频信号的衰减及失真
由于电力线上随机接入和断开各种感性负载和容性负载，高频信号在传输中必然存在衰减。一般来说，传输距离越远，信号衰减越严重，但是由于电力线是非均匀的传输线，负载阻抗不匹配，这就会出现成驻波、反射等问题，不仅会使信号衰减，还会造成信号失真。
2）输入阻抗不定
低压电力网直接面对用户，接入的负载类型各不相同，这使得不同频率的阻抗也各不相同。而且电力线上的阻抗并非一成不变，因为负载接入是随机的，无法根据某特定的阻抗选择固定的频率与之匹配。这给设计带来很大的困难。
3） 传输干扰
电力线上存在着人为和非人为的干扰，人为的干扰主要是接入电力线的设备造成的，非人为的干扰是由一些如雷电等自然现象引起的。各种干扰都会对信号传输质量有不利影响。
2 电力线载波常用通信方式
低压电力线载波常用通信方式主要有窄带通信、正交频分复用、扩频通信等方式。
2.1 窄带通信技术
窄带通信方式是早期电力线载波多采取的通信方式，主要包括相移监控（PSK）和频移键控（FSK）方式。PSK方式用两种不同的相位表示“0”、“1”，通常是用0°和180°。FSK方式用两种不同的频率表示“0”、“1”。窄带通信方式成本低廉、易于实现，早期应用较多，但是抗干扰能力差，目前使用不多。
2.2 正交频分复用方式
正交频分复用（OFDM）是将串行的数据转化为多个并行数据并分配给相应的多个正交的子载波，从而在一根线上实现并行数据传输而相互之间不受干扰。OFDM实际上就是多路窄带载波同时传送，其特点是通信速率高，但是电路成本较高，主要应用于对通信速率要求高的场合。
2.3 扩频通信技术
扩频通信（SS）是在信号发射端将信号频谱扩展后进行传输，在接收端再将接收到的信号解扩还原出原始信息。扩频通信常用的四种扩频方式为直接序列扩频（DS）、线性调频、跳频（FH）、跳时（FH）。当前国内应用最为广泛的是直接序列扩频方式。
扩频通信的优点是抗人为干扰、抗窄带干扰能力强，早期应用于军事通信领域。通信时先将普通数据调制为基带信号，再用伪随机码（PN码）对基带信号经行扩频调制，将频谱拓宽，形成宽带信号利用电力线传输。在接收端用相同伪随机码进行解扩，将宽带信号恢复为发送时的基带信号，最后按照常规的处理手段将基带信号解调得到信息。
扩频通信的理论依据是信息论和抗干扰理论的基本公式。信息论中的香农信道容量公式为：
(1)
式中，C为信道容量，单位b/s；B为信道带宽，单位Hz；S为信号功率，单位W；N为噪声功率，单位W。式1表示，为了增加传输速率C，可以增加带宽B或信噪比S/N。同样，在信道容量确定的情况下，如果带宽足够大，即使在信号被噪声淹没，也可以保证可靠传输，故而扩频通信的抗干扰能力较强。
3 电力线载波芯片
3.1 国内外载波芯片概况
早期电力线载波通信使用的是模拟载波机，至今我国部分地区仍在使用，现在随着微电子技术的发展，出现了载波专用集成芯片。国外使用较早的有*R2210/*R2206,这是基于FSK方式的调 ……（未完，全文共6088字，当前仅显示2138字，请阅读下面提示信息。收藏《论文：电力线载波通信应用》）