周彪

摘要： 在11 kV/ 10 kV 和380 V/ 220 V 的中、低壓配電網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)可靠的載波通信，要比在高壓輸電線上進(jìn)行載波通信難得多。 本文首先討論中、低壓配電網(wǎng)通信信道的一般特點(diǎn)，針對(duì)其主要問(wèn)題討論擴(kuò)頻載波通信解決方案的原理，以及SSC技術(shù)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力線；擴(kuò)頻載波；通信技術(shù)；應(yīng)用

引言：電力線載波通信是以電力網(wǎng)作為信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。電力線連通家家戶(hù)戶(hù)，甚至每一個(gè)房間，每一個(gè)用電設(shè)備。若能在電力線上實(shí)現(xiàn)可靠，安全的通信，對(duì)于實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制、經(jīng)濟(jì)性、便利性等方面都具有其他通信方式無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而若能以電力網(wǎng)為信道，進(jìn)入公用電話(huà)網(wǎng)和因特網(wǎng)等通信領(lǐng)域，則其應(yīng)用前景將更加廣闊。

一、中、低壓配電網(wǎng)通信信道特點(diǎn)

1、高噪聲

電網(wǎng)中的噪聲主要來(lái)自開(kāi)關(guān)電源、電動(dòng)機(jī)，利用電力線的對(duì)講機(jī)以及某些特殊的電器設(shè)備。開(kāi)關(guān)電源的基波頻率從15 khz 到1 Mhz 以上， 諧波的振幅相當(dāng)大。大量的吸塵器、洗衣機(jī)、電鉆等都會(huì)產(chǎn)生高重復(fù)頻率的脈沖、利用電力線通話(huà)的對(duì)講機(jī)，工作頻率為100 khz～500 khz～ 工作頻帶約30 khz，在該頻帶上可產(chǎn)生3 V～7 V的峰值電壓的噪聲。像感應(yīng)加熱這類(lèi)裝置產(chǎn)生的噪聲，由于其具有連續(xù)性，對(duì)通信系統(tǒng)的影響也很?chē)?yán)重。

2、變化范圍大

一般配電網(wǎng)電力線的波阻抗在幾十歐到100 多。例如12 2bX 金屬外皮的輸電線每米串聯(lián)電感約0. 41 h，并聯(lián)電容約74. 5 pF， 串聯(lián)電阻約0. 03。因此波阻抗約為7400 另一種輸電線122G ROmeX NM B 的波阻抗約為143 0 傳播常數(shù)約為0. 004 rad/m。在通信頻率下，如130 kHZ12 2G ROmeX NM B 在20 m 長(zhǎng)的末端接1 MF 的電容（ 低阻抗）時(shí)，線路輸入阻抗約為100呈感性；末端接500 0 的電阻時(shí)，線路輸入阻抗呈現(xiàn)容性一些電器中均有電容濾波器 濾波器的電容與電力線的電感產(chǎn)生諧振，可在某些頻率范圍內(nèi)使阻抗大大降低（ 小于1 0 ） 線路上的感性負(fù)載或容性負(fù)載。

3、損耗大

電力線中傳輸信號(hào)的損耗由多方面引起：一是線路串聯(lián)電感和并聯(lián)負(fù)載和并聯(lián)的分布電容（ 并聯(lián)的電磁兼容電容） 組成電壓分壓器造成的損耗。假如每30 m線路的串聯(lián)電感為19 MF 負(fù)載為300的電阻，并聯(lián)0. 44 MF的電磁兼容電容，則負(fù)載處的信號(hào)衰減為12 dB這樣的3 段單元組成的電壓分壓器第3 段負(fù)載處的信號(hào)衰減為36 dB。二是不同相位的耦合引起的損耗。絕大多數(shù)的配電變壓器將阻礙通信信號(hào)通過(guò)。因此配電變壓器原， 副邊之間的傳輸信號(hào)衰減可達(dá)60 dB～100 dB 配電變壓器次級(jí)線圈間的信號(hào)傳輸也會(huì)達(dá)到20 dB～40 dB 的衰減。

二、電力線擴(kuò)頻載波通信基本原理

擴(kuò)頻通信方式是將基帶信號(hào)的頻譜擴(kuò)展到很寬的頻帶然后再進(jìn)行傳輸。

擴(kuò)頻通信最初的研究領(lǐng)域是軍事通信，在理想情況下，對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的解調(diào)是SS-1 { SS[S（ z） ]} =S（ z） 的過(guò)程 就是對(duì)信號(hào)S（ z） 的還原； 而對(duì)噪聲n（ z）而言則是SS-1[n（ z） ]= SS[n（ z） ] 意味著噪聲頻譜被擴(kuò)展如果n（ z） 僅僅為白噪聲（ 帶寬為B） 經(jīng)過(guò)解調(diào)后，變成了帶寬為Bm

三、SSC技術(shù)和應(yīng)用

1、CEBus簡(jiǎn)介

CEBus（Consumer Electronics Bus，消費(fèi)電子總線）是EIA為消費(fèi)電子產(chǎn)品制定的一種通信和產(chǎn)品互操作性的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是定位于家庭，但并不局限于家庭。它定義了在家用電器之間通信所使用的通信介質(zhì)和協(xié)議，使得遵循同樣標(biāo)準(zhǔn)的家用電器設(shè)備可以即插即用，并能共同工作，實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化。

CEBus參考了ISO的OSI七層模型設(shè)計(jì)，但比OSI模型簡(jiǎn)單，包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其中應(yīng)用層還包括消息傳輸子層。CEBus采用NRZ編碼體制，用脈沖寬度表示信號(hào)，其中UST（UnitSymbolTime）為單位符號(hào)時(shí)間，是編碼和解碼的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，EOF即End of Frame，EOP即End of Packet。

2、SSC PL信號(hào)

SSC PL信號(hào)利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體，每個(gè)chirps一般持續(xù)100μs，它代表了最基本的通信符號(hào)時(shí)間（UST）。這些chirps覆蓋了100～400 kHz的頻帶，并總是以200～400 kHz的頻率開(kāi)始，繼而以100～200 kHz的頻率結(jié)束。由于chirps信號(hào)的線性?huà)呙鑾挶刃盘?hào)帶寬要大得多，其線性加速度是較高的，而CW干擾的頻率加速度一般是穩(wěn)定的，所以只要將濾波器設(shè)計(jì)成只能通過(guò)具有特定角加速度的信號(hào)，就可以將CW干擾排除在外。另外，此種chirps波形還具有很強(qiáng)的自相關(guān)特性，這種模糊邏輯的相關(guān)性決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，可以同時(shí)識(shí)別從網(wǎng)上任意設(shè)備發(fā)出的這種獨(dú)特波形，并且不需要在發(fā)送和接收設(shè)備間進(jìn)行同步。

3、SSC RF信號(hào)

CEBus規(guī)定分組由3部分組成：報(bào)頭、分組包和CRC。收發(fā)器能解碼并去除報(bào)頭信息。分組包信息存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)中等待主機(jī)讀取，或是傳送到媒介上去。節(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)收到分組的校驗(yàn)碼，并返回成功或失敗信息。信號(hào)以UST兩個(gè)狀態(tài)（相位Φ1和相位Φ2）來(lái)編碼，相位Φ1為“FFFRRFR”，相位Φ2為“RRRFFRF”（前向“F”，反向“R”）。其中一個(gè)狀態(tài)分為7個(gè)子狀態(tài)，每個(gè)子狀態(tài)由360 chip擴(kuò)頻序列組成，chip基本速率為25.200 MHz。

傳輸能量在360個(gè)chip序列上均勻分布，波形約在4.2～6.3 MHz之間掃頻。

分組包采用反相鍵控（PRK）調(diào)制技術(shù)。PRK用相位Φ1和相位Φ2進(jìn)行編碼，二者相位相差180°。由表1得出：在分組包中，信號(hào)“1”占用1個(gè)UST，信號(hào)“0”占用2個(gè)UST。收發(fā)器傳輸完報(bào)頭的EOF信號(hào)后，用PRK傳輸分組剩下的數(shù)據(jù)。報(bào)頭的EOF信號(hào)對(duì)應(yīng)Φ1，符號(hào)“1”對(duì)應(yīng)Φ1，符號(hào)“0”對(duì)應(yīng)Φ2。報(bào)頭EOF信號(hào)后的第一位符號(hào)與之相位相反。

四、結(jié)束語(yǔ)

中、低壓配電網(wǎng)SSC通信技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大；同時(shí)幾兆比特每秒甚至是幾十兆比特每秒的高速配電網(wǎng)電力線通信技術(shù)正在研究與推向市場(chǎng)，是值得關(guān)注的動(dòng)向。

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