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低压电力线载波通信技术及应用探讨

时间:2011-08-05作者:张志宏来源:中国论文库
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  摘要:低压电力线载波通信是以低压配电线作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式,电力线网络覆盖范围的广泛决定了其具有相当大的潜在利用价值。国外对

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  摘要:低压电力线载波通信是以低压配电线作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式,电力线网络覆盖范围的广泛决定了其具有相当大的潜在利用价值。国外对此研究已有近百年的历史,在理论和技术上有着绝对的优势。我国外对其进行的研究起步很早,到目前为止也取得了相当大的成绩,而我国电力网络比较独特,同时对这项技术的研究也直到近些年才开始,这些都决定了我们积极进行这项技术研究的迫切性。本文将重点讨论低压电力载波通信的基本原理、通信信道特性和建模、低压电力载波通信系统的网络组网,对各种关键技术和各类载波芯片及模块进行比对分析。

  关键词:低压电力线;载波通信;技术应用

  1低压电力线通信系统设计策略

  低压电力线载波通讯的质量在实际操作中受到很多方面因素的影响,其中最重要的两个方面包括通讯信道的阻抗特性和衰减性,以及噪声干扰,抗阻性将直接制约信号的传输距离,而噪声干扰则严重影响通讯的质量。可以说这两个因素直接决定通信系统的成败。只有将这两方面进行有针对性的分析和研究才能对低压电力通讯系统进行较为周全的设计,而针对这些特征,对通信系统的设计要对如下方面充分考虑:1)由于电力线的抗阻的设计和材料的应用决定了其抗阻一般比较小,所以通信系统发送端和接收端抗阻要尽可能的控制,不能因抗阻的不匹配导致能量在传输过程中有过大的损失;

  2)高频信号在室内电力线上进行传输时会有较大程度的衰减。并且具有时变性的干扰和噪声在信号通过电力线进行传输的时候普遍存在。因此要求室内电力线作为通信信道的时候必须具备较强的抗干扰能力,才能实现通信系统的小信噪比,在电力线载波通信系统中较为常用的技术有扩频技术和正交频复用技术,扩频技术能够在小信噪比的情况下获得较高的接收信噪比,而正交频复用技术除了具备上述优点,还具备抗频率选择性衰落以及多径干扰的优势;

  3)进行通信在波频率和带宽的选择时要有足够的合理性,要依据现实情况根据信号在频域上的衰减状况以及噪声频谱密度进行分析。以此来进行考虑的话应该选择较低的频段,相反如果首先考虑噪声因素的话则应该选择较高的频段,因此在现实中要对两方面进行比对考虑,进行综合性比较;

  4)一般家庭电网都有较多的分支,同时由于抗阻的不匹配,驻波,反射等现象普遍存在,信号经由不同的枯井最终到达接收端时可能会产生较强的多径干扰,而rake接收机的采用不仅可以有效抵制多径衰落,还能起到分集信号能量,降低误码率的作用。

  5)因为噪声源的远近对通信质量的影响最大,在无法改变距离的情况下要在通信接收处加装隔离作用较好的阻波器;

  6)采用码长适当的卷积码能够进一步降低误码率;

  7)因为时变性在低压电力线通信信号衰减方面表现的非常强,因此自适应能力在通信系统的设计工作中要给予足够的强调,使其能够根据衰减的实际情况对发射机功率以及接收机的灵敏度进行自动调节,从而使通信质量得到保证;

  8)在进行低压电力线载波通信系统的设计时要尽量避免较长的数据分组,如需使用可将其进行重新分组打包,缩短数据分组的长度,因脉冲干扰的存在,数据分组越短越有优势这样被脉冲干扰的数据量就能得到相应降低,保障了数据的传输速度。

  2在国内的具体应用

  发达的供电网络线路为低压电力线载波通信技术的发展提供了广阔的平台,这种技术具有不占用无线频道资源、节约布线、减少工程量、维护简单等无可比拟的优势。同时伴随科技的发展和我国电力网络的逐步开放,低压电力载波通信技术在国内的应用范围越来越广。较为典型的包括家居智能化和自动抄表以及新型智能化小区领域等。

  2.1家居智能化

  智能化家居网络,是指把分布在住宅各中各种微控制器与PC连接成一个家庭网络,通过这种方式来实现对设备的智能化管理,同时还可以达到只要有插座的地方就可以无限制的接入因特网。

  由于无需进行布设信号线的工作,组网工程具有不破换原有家具环境的优势。同时还能保障系统的稳定性,其工程造价也比较容易控制。

  通常电力宽带上网系统由电力调制解调器、PLC设备、PC机、交换机及路由等设备等组成,使用低压电力线进行网络连接时,先通过电力调制解调器,将PC机信号转换为特殊的电力信号,再将电力信号经由电力线路传送到PLC设备中,同时该设备将电力信号转换为原来的数据信号,之后通过交换机以及路由器等设备进入互联网,从而达到电力线路入网的目的。

  2.2自动抄表系统

  我国的自动抄表行业兴起于上世纪80年代,只是发展相对缓慢。直到2003年后才逐渐进入推广,从2006年开始进入迅速增长期,当下正处于电力载波抄表发展的黄金阶段。低压电力线载波通信的自动抄表技术正逐步走向实际应用阶段,使得抄表工作不受时间和空间的限制,居民用户也将随时可以查询自己的用电情况,电力管理部门也可以随时准确的得到电能数据。

  3电力载波通信网络组网研究

  低压配电线路具有物理拓扑和一定的时变性,同时逻辑拓扑的变化与信道质量有很大联系,这就使低压电力线载波通信的可靠性受到严重影响。已经有学者提出以高速电力线通信的组网方式、网络模型等角度进行探索和研究,从而找到合适的算法对电力线通信网络路由进行优化,以此提高电力通信的可靠性。已经有研究对低压配电网窄带电力线通信数据逻辑链路的选择、建立和自动路由等做了研究和探讨,并提出了一种基于非交叠分簇的动态路由算法和网络重构算法,来保证通信网络的有效性。有些学者提出在低压配电网电力线载波通信中采用网络自组与重构技术,可以自动侦测可通信逻辑节点和最佳中继节点、动态调整路由和配置中继信息以及自动识别节点的投入或切除,从而实现低压配电网中点到点、点到多点的可靠通信。转贴于中国论文库 http://www.lwkoo.com

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