电力线载波通信耦合单元

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1、电力线载波通信耦合单元比赛编号：BJ10014日期：2002-10-8单位名称：清华大学自动化系作者：徐海XuHai职业：学生通信地址：清华大学29＃311室邮政编码：100084电子邮箱：xuhai99@mails.tsinghua.edu.cn;seagive@sina.com电话：010－62772440(O)；62774052(H)1．摘要本文介绍了一种实现电力线载波通信的线路耦合单元。本系统使用MotorolaMC56F805DSP芯片为核心，运用新型的耦合技术和扩频技术原理，设计了一种电力线载波通信耦合单

2、元。关键词：电力线载波，扩频通信2．引言近年来，家庭网络技术不断发展，智能家庭、智能大厦和智能小区相继出现。人们开始对数据通信速率和信息容量提出了新的要求，希望能实现多媒体信号和其他高速数据信号在家庭网络中传输。同时希望，能为多媒体点播、数字电视和其他宽带综合服务，提供一种能使用的服务通道。现代工业自动控制和计算机微处理技术的发展，已经使家庭自动化从早期设想进入了应用环节，特别是总线协议和集散控制使家庭自动化控制向智能化方向迈进了一大步。在数据通信介质方面层出不穷，包括无线通信、红外线、光纤、同轴电缆、双绞线等，但在

3、实用上却出现了不少麻烦：1）如果再增加有线通信，家庭网络对各家各户，甚至每一房间提出了铺设通信线路的问题。铺线工程浩大，同时有的居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，居民难以接受。2）如果采用无线方式，还达不到较好的通信效果和较高的通信速率，成本尚且很高。于是着手考虑对电力线的利用。电力线载波（PowerLineCarrier，PLC）是一种利用输电线路作为高频信号传输线路的通信方式。模拟技术用在电力线上传递载波信号，很早就有了。已有的35~500千伏高压电力线载波通信，只是电力系统生产调度和行政联络的通信方式。随着数字处

4、理技术和通信技术的飞速发展，电力线载波（PLC）倍受重视，并迅速成为国内外电力线载波通信发展的主流方向。它利用现有交流电源线作为通讯线路，把电力线通信技术、网络技术和微控制器相结合，其优点是：电力线和信号线合一，直接利用住宅电力线作为控制总线和数据总线，通过电力线将各控制器与各功能接口和设备相连，实现程序控制和高速数据的传输。无须布设信号线，人们原来使用和维护电器的习惯都不受影响。低压电力线信道特点电力线导线粗，结构坚固，可靠性高。但电力线是用来传送工频电能的，所以在电力线的结构设计上不可能考虑高频通信技术的特殊要求

5、。电力线上带较高电位，不能直接接触；线路上杂音电平也很高，给组织高频通道带来一定的困难。10从技术角度而言，利用电力线作为传输媒介，主要存在着以下几个不利因素：1)脉冲噪声（ImpulseNoise）：是电力线上最大的噪声源。如：洗衣机、空调电机和日光灯启停瞬间。噪声具有突变、高能和覆盖频率范围广的特点，对载波信号影响很大。不仅会造成信号误码率升高，而且可能使接收设备内部产生自干扰，严重影响整个系统的工作。2)信号衰减和阻抗变化：由于家用电器启停随机性大引起，如：冰箱，易造成电力负载变化大，使得电力线阻抗可从0.1欧

6、姆变到100欧姆，信号衰减从55dB到100dB。3)持续谐波干扰（CW，Continuous-Wavejamming）：如：开关电源，产生的主谐波频率在50kHz以上。处于载波信号的频率范围。4)低压电力线路的拓扑特性较为复杂，而且与一般的无线、有线信道有较大的差异，尚无准确的模型描写电力线信道。3．设计原理把电力线增加了作为传输介质的功能，那么，电力线载波通信属于网络通信的一部分。目前，网络的分层结构有两个重要的网络体系，即OSI参考模型和TCP/IP参考模型。OSI参考模型和TCP/IP参考模型都是基于独立的协

7、议栈的概念，层的功能也大体相似。不过，TCP/IP模型不区分（甚至不提及）物理层(PhysicalLayer)和数据链路层(DataLinkLayer)。如图1：图1.OSI参考模型和TCP/IP参考模型本系统要解决的是：电力线载波的底层通信，即设计和实现相当于OSI参考模型的物理层和数据链路层。这两层完全不同。物理层必须处理电力线和铜缆、光纤、无线通信的传输特点。而数据链路层的工作是区分帧头和帧尾，并且以通信需要的可靠性把帧从一端发到另一端。电力线载波通信的物理层包括：电力线信号耦合、载波调制、扩频调制和多路载波的

8、数据调制。而数据链路层主要包括介质访问控制层(MAC,MediumAccessControl)。通过研究双绞线通信和无线通信中的编码、调制解调、纠错技术，把有线通信中的多载波技术和无线通信中的扩频技术结合起来，实现电力线载波高速通信。即：电力线载波＝多路载波＋扩频（直序和跳频）。如图2：10图2电力线载波的底层结构这样的设计是为了克服以下情况的