低壓電力線載波通信技術(shù)及應(yīng)用探討論文.doc

低壓電力線載波通信技術(shù)及應(yīng)用探討論文 摘要：低壓電力線載波通信是以低壓配電線作為信息傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)或語(yǔ)音等傳輸?shù)囊环N特殊通信方式,電力線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣泛決定了其具有相當(dāng)大的潛在利用價(jià)值。國(guó)外對(duì)此研究已有近百年的歷史，在理論和技術(shù)上有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)外對(duì)其進(jìn)行的研究起步很早，到目前為止也取得了相當(dāng)大的成績(jī)，而我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)比較獨(dú)特，同時(shí)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究也直到近些年才開始，這些都決定了我們積極進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)研究的迫切性。本文將重點(diǎn)討論低壓電力載波通信的基本原理、通信信道特性和建模、低壓電力載波通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，對(duì)各種關(guān)鍵技術(shù)和各類載波芯片及模塊進(jìn)行比對(duì)分析。 關(guān)鍵詞：低壓電力線;載波通信;技術(shù)應(yīng)用 1低壓電力線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略 低壓電力線載波通訊的質(zhì)量在實(shí)際操作中受到很多方面因素的影響，其中最重要的兩個(gè)方面包括通訊信道的阻抗特性和衰減性，以及噪聲干擾，抗阻性將直接制約信號(hào)的傳輸距離，而噪聲干擾則嚴(yán)重影響通訊的質(zhì)量。可以說(shuō)這兩個(gè)因素直接決定通信系統(tǒng)的成敗。只有將這兩方面進(jìn)行有針對(duì)性的分析和研究才能對(duì)低壓電力通訊系統(tǒng)進(jìn)行較為周全的設(shè)計(jì)，而針對(duì)這些特征，對(duì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要對(duì)如下方面充分考慮：1)由于電力線的抗阻的設(shè)計(jì)和材料的應(yīng)用決定了其抗阻一般比較小，所以通信系統(tǒng)發(fā)送端和接收端抗阻要盡可能的控制，不能因抗阻的不匹配導(dǎo)致能量在傳輸過(guò)程中有過(guò)大的損失; 2)高頻信號(hào)在室內(nèi)電力線上進(jìn)行傳輸時(shí)會(huì)有較大程度的衰減。并且具有時(shí)變性的干擾和噪聲在信號(hào)通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候普遍存在。因此要求室內(nèi)電力線作為通信信道的時(shí)候必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力，才能實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的小信噪比，在電力線載波通信系統(tǒng)中較為常用的技術(shù)有擴(kuò)頻技術(shù)和正交頻復(fù)用技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)能夠在小信噪比的情況下獲得較高的接收信噪比，而正交頻復(fù)用技術(shù)除了具備上述優(yōu)點(diǎn)，還具備抗頻率選擇性衰落以及多徑干擾的優(yōu)勢(shì); 3)進(jìn)行通信在波頻率和帶寬的選擇時(shí)要有足夠的合理性，要依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況根據(jù)信號(hào)在頻域上的衰減狀況以及噪聲頻譜密度進(jìn)行分析。以此來(lái)進(jìn)行考慮的話應(yīng)該選擇較低的頻段，相反如果首先考慮噪聲因素的話則應(yīng)該選擇較高的頻段，因此在現(xiàn)實(shí)中要對(duì)兩方面進(jìn)行比對(duì)考慮，進(jìn)行綜合性比較; 4)一般家庭電網(wǎng)都有較多的分支，同時(shí)由于抗阻的不匹配，駐波，反射等現(xiàn)象普遍存在，信號(hào)經(jīng)由不同的枯井最終到達(dá)接收端時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的多徑干擾，而rake接收機(jī)的采用不僅可以有效抵制多徑衰落，還能起到分集信號(hào)能量，降低誤碼率的作用。 5)因?yàn)樵肼曉吹倪h(yuǎn)近對(duì)通信質(zhì)量的影響最大，在無(wú)法改變距離的情況下要在通信接收處加裝隔離作用較好的阻波器; 6)采用碼長(zhǎng)適當(dāng)?shù)木矸e碼能夠進(jìn)一步降低誤碼率; 7)因?yàn)闀r(shí)變性在低壓電力線通信信號(hào)衰減方面表現(xiàn)的非常強(qiáng)，因此自適應(yīng)能力在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中要給予足夠的強(qiáng)調(diào)，使其能夠根據(jù)衰減的實(shí)際情況對(duì)發(fā)射機(jī)功率以及接收機(jī)的靈敏度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使通信質(zhì)量得到保證; 8)在進(jìn)行低壓電力線載波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)分組，如需使用可將其進(jìn)行重新分組打包，縮短數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度，因脈沖干擾的存在，數(shù)據(jù)分組越短越有優(yōu)勢(shì)這樣被脈沖干擾的數(shù)據(jù)量就能得到相應(yīng)降低，保障了數(shù)據(jù)的傳輸速度。 2在國(guó)內(nèi)的具體應(yīng)用 發(fā)達(dá)的供電網(wǎng)絡(luò)線路為低壓電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的平臺(tái)，這種技術(shù)具有不占用無(wú)線頻道資源、節(jié)約布線、減少工程量、維護(hù)簡(jiǎn)單等無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)伴隨科技的發(fā)展和我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)的逐步開放，低壓電力載波通信技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。較為典型的包括家居智能化和自動(dòng)抄表以及新型智能化小區(qū)領(lǐng)域等。 2.1家居智能化 智能化家居網(wǎng)絡(luò)，是指把分布在住宅各中各種微控制器與PC連接成一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理，同時(shí)還可以達(dá)到只要有插座的地方就可以無(wú)限制的接入因特網(wǎng)。 由于無(wú)需進(jìn)行布設(shè)信號(hào)線的工作，組網(wǎng)工程具有不破換原有家具環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其工程造價(jià)也比較容易控制。 通常電力寬帶上網(wǎng)系統(tǒng)由電力調(diào)制解調(diào)器、PLC設(shè)備、PC機(jī)、交換機(jī)及路由等設(shè)備等組成，使用低壓電力線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，先通過(guò)電力調(diào)制解調(diào)器，將PC機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換為特殊的電力信號(hào)，再將電力信號(hào)經(jīng)由電力線路傳送到PLC設(shè)備中，同時(shí)該設(shè)備將電力信號(hào)轉(zhuǎn)換為原來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，之后通過(guò)交換機(jī)以及路由器等設(shè)備進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，從而達(dá)到電力線路入網(wǎng)的目的。 2.2自動(dòng)抄表系統(tǒng) 我國(guó)的自動(dòng)抄表行業(yè)興起于上世紀(jì)80年代，只是發(fā)展相對(duì)緩慢。直到xx年后才逐漸進(jìn)入推廣，從xx年開始進(jìn)入迅速增長(zhǎng)期,當(dāng)下正處于電力載波抄表發(fā)展的黃金階段。低壓電力線載波通信的自動(dòng)抄表技術(shù)正逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用階段，使得抄表工作不受時(shí)間和空間的限制，居民用戶也將隨時(shí)可以查詢自己的用電情況，電力管理部門也可以隨時(shí)準(zhǔn)確的得到電能數(shù)據(jù)。 3電力載波通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)研究 低壓配電線路具有物理拓?fù)浜鸵欢ǖ臅r(shí)變性，同時(shí)邏輯拓?fù)涞淖兓c信道質(zhì)量有很大聯(lián)系，這就使低壓電力線載波通信的可靠性受到嚴(yán)重影響。已經(jīng)有學(xué)者提出以高速電力線通信的組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡(luò)模型等角度進(jìn)行探索和研究，從而找到合適的算法對(duì)電力線通信網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行優(yōu)化，以此提高電力通信的可靠性。已經(jīng)有研究對(duì)低壓配電網(wǎng)窄帶電力線通信數(shù)據(jù)邏輯鏈路的選擇、建立和自動(dòng)路由等做了研究和探討，并提出了一種基于非交疊分簇的動(dòng)態(tài)路由算法和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，來(lái)保證通信網(wǎng)絡(luò)的有效性。有些學(xué)者提出在低壓配電網(wǎng)電力線載波通信中采用網(wǎng)絡(luò)自組與重構(gòu)技術(shù)，可以自動(dòng)偵測(cè)可通信邏輯節(jié)點(diǎn)和最佳中繼節(jié)點(diǎn)、動(dòng)態(tài)調(diào)整路由和配置中繼信息以及自動(dòng)識(shí)別節(jié)點(diǎn)的投入或切除，從而實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)中點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的可靠通信。 4結(jié)論 低壓電力載波通信技術(shù)由于其特有的優(yōu)勢(shì)逐漸成為通信領(lǐng)域技術(shù)研究的熱點(diǎn)，可以說(shuō)低壓電力載波通信技術(shù)具有很廣闊的應(yīng)用前景和可利用價(jià)值。但我國(guó)低壓電力網(wǎng)的特殊性，決定了通信信道的分析和建模的困難較大，無(wú)法直接利用國(guó)外成熟的技術(shù)與產(chǎn)品。但隨著國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和相關(guān)公司的重視，我國(guó)低壓電力載波通信也正在逐步發(fā)展。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力載波芯片的研制標(biāo)志著我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域有了實(shí)質(zhì)性的突破。但與國(guó)外重量級(jí)研究機(jī)構(gòu)和公司仍存在較大的差距。我們應(yīng)當(dāng)逐步加強(qiáng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣，低壓電力載波通信技術(shù)應(yīng)用的具體方向除了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表領(lǐng)域、家居智能化和新型智能化小區(qū)外，還可以在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉監(jiān)測(cè)與控制與農(nóng)產(chǎn)品流通過(guò)程信息化等方面獲得廣闊的發(fā)展空間。 參考文獻(xiàn) 1王思彤，袁瑞銘，孫志杰.低壓電力載波技術(shù)及其在抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用J.電測(cè)與儀表