正交多载波电力线通信及在用电信息采集中的应用

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1、设计诀窍JTECHNIcALKN。wH。w正交多载波电力线通信及在用电信息采集中的应用智能电网及新一代用电信息采集系统在及时-陛、可靠。陛、安全性、数据传输速率等方面提出新要求，采用正交多载波调制及大力加强自适应能力是新一代低压电力线载波通信技术的发展方向。■刘鲲深圳市力合微电子有限公司用户495表lIliD4851tniSSitU用户藏波表l用户载波表2⋯⋯用户载洼表“图1：智能电网用户用电信息采集系统当前智能电网在国内外迅速发展，智能电网的主要目的是实现从发电、输电、配电到用电的智能化，以建设坚强电网、高效电网、安全电网

2、。通信及信息是智能电网建设的重要组成部分，电力用户端信息是电网智能化的基础。一方面，电网向各类电能用户及电器终端输送电能；另一方面，由于电网与各种电器终端及信息终端直接相连，因而其本身构成了一个无处不在的通信及信息传输网络。在信息高速发展而能源日趋紧张的今天，电网的这种将能源与信息集于⋯身的双重功能显得格外重要。32I集成电路应用因此，电力用户用电信息采集成为智能电网的重要组成部分，其目的是将用户用电信息及时、准确、可靠地传输到主站系统，为智能化决策提供数据支持。在技术上，电力用户用电信息采集系统可以使用多种通信手段，包括R

3、F射频无线、专线(女HRS．485总线1等，但电力线载波技术由于利用现有供电线路进行数据传输，无需重新布线，同时电力线本身也属于电力公司自己的网络，因而成为我国电力用户用电信息采集的主流技术。智能电网电力用户用电信息采集系统如图1所示。然而，低压电力线载波信道由于存在负载不断变化、噪声大、干扰强等对于通信而言极其不利的非理想特性，特别是在500kHz以下电力线载波专用频段。这些非理想特性既是频率的函数又是时间的函数，因而传统的简单、固定频点、窄带调制技术在性能上呈现出了一系列局限性，无法满足新一代电能信息采集及管理的要求。例

4、如，由于负载的变化可能导致信道频率响应刚好在工作频点出现深度衰落，或某个电器产生的干扰频率刚好落在工作频点，或信道在工作频点呈现很低的负载，这些都可能导致基于固定频点窄带调制技术的载波自动抄表系统无法工作，或出现时通时不通现象。为解决传统的电力线载波在性能上的局限性，满足智能电网对电力线载波通信在及时性、可靠性、安全性等方面的要求，OFDM正交频分复用多载波调制技术以其独特的性能，近年来被广泛应用于低压电力线载波通信，并正成为新一代低压电力线载波通信的主流技术[1，2】。低压电力线载波调制技术1．低压电力线载波信道特性低压电

5、力线载波信道接有各种不同的负载，这些负载具有以下特性。a)负载的接入和断开随时间在不断变化；b)负载阻抗是频率的函数；c)电器本身在用电过程中产生各种干扰，包括脉冲干扰及连续干扰，宽带干扰及窄带干扰，尤其在500kHz以下的频段。这些负载特性的综合效应，再加上电力线本身对信号的衰减，以及终端阻抗不匹配产生的信号反射，使得低压电力线载波信道呈现极不平坦的频率响应特性，且随时间而变化，同时经历频率选择性、时变性干扰。此外，由于用电负载及负荷的不同，在不同的地区，不同的地点，这种频率响应特性及干扰特性也会不同。观察典型办公室环境下

6、实测的电力线信道噪声与干扰，方波信号为50Hz交流整流后的波形，可以看出，在交流50Hz峰值附近，该环境出现了很强的周期性干扰，这些干扰一般由节能灯产生。由于负载的变化以及频率负载特性，在某些频点可能出现深度衰落。2．传统低压电力线载波调制技术比较调制技术是指将要传送的数据比特或数据符号调制到适合在信道中传输的载波频率上，就低压电力线载波通信所使用的：[作频段来说主要有以下两段。第一个是2～34MHz，它具有较宽的频带资源，可以实施宽带电力线载波通信，数据速率可达每秒数十兆甚至数百兆比特。工作在这一频段的电力线载波系统大都占

7、用较宽的频带，从数兆至数十兆赫兹，因而称为宽带PLC。宽带PLC在90年代主要是针对家庭上网应用而发展起来，但由于与其他宽带上网技术(女HADSL、CableModem等)相比竞争优势不明显而没有被广泛使用。后来美国成立了HomePlug联盟并推出了针对家庭局域网的标准，使宽带PLC在家庭局域网中获得了应用。第二个是3～500kHz，这是目前电力线载波远程抄表系统所使用的主流频段。由于只有不到500kHz的带宽TEcHNIcALKNowMowI设计诀窍图2：OFDM正交子载波示意图资源，它所能传输的最大数据速率是有限的。目前

8、在这一频段工作的电力线载波大部分属于低速PLC，也是目前电力线载波远程抄表系统所使用的主要技术。其特点是采用单载波窄带调制技术(女HFSK、BPSK、跳频、直接序列扩频等)或多载波调制技术(如力合微电子正交四载波、ECHELON智能双频等1，数据速率大都在10kbps以下。面对低压电力线载