电力线载波数字通信系统的实现

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1、科技资讯2008NO.21SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION信息技术电力线载波数字通信系统的实现何惠芳1唐小煜2(1.广东工程职业技术学院广州510520;2.华南师范大学物理与电信工程学院广州510006)摘要:分析了在电力线这一特殊介质中由调制解调实现信息传送的可行性,改进了以太网CSMA/CD协议,并在通信的寻址、传输过程中运用加密手法,设计一个具有一定安全性的DPLC通信系统及其通信协议。关键词:电力线载波信道CSMA/CD加密通信协议中图分类号:TM73文献标识码:A文章编号:1672-3791(2008)07(

2、c)-0016-03电力线载波通信以低压配电网络(电力析可知,C近似满足μ=-94.10,σ=0.76的方法来降低影响;而突发性噪声的能量线路)为传输通道,覆盖面广、不用重新布的正态分布。主要集中在100kHz以下,且其发生频率和线,避免了对建筑物的破坏,并且具有接入kbit/s的数据传输率相比很低,对传输系简单、安装方便、投入费用少等优点。通统的影响不大;其它类型的噪声可采用扩过高速的IP传输方式,可实现远程水、电、频载波通信消除。气、热等表计数据的采集、智能大厦、智总体来说,噪声功率水平随频率的上能小区以及高速Internet访问服务等,对于

3、升呈下降趋势,从噪声干扰角度看,FCC规城市小区和农村都有其特殊的魅力以及应定的电力线通信频带100kHz～450kHz更用前景。一个可行的、安全的电力线载波适用于电力线通信。数字通信系统及其通信协议制定是其推广应用的关键。图12电力线载波数字通信的实现2.1终端与终端间通过电力线数字载波实1电力线通信信道高频噪声特点及分析表1现数据通信电力线上不仅仅有220V50Hz的正弦终端即用户设备,可以是PC机、嵌入波,而且还有各种原因引起的噪声,如背景式系统、家电控制系统、水、电、气热表噪声、与工频同步的周期噪声、突发性噪数据接口等等。下面以PC机为例

4、,实现终声等。下面逐一分析这几种噪声。端与终端间通信。背景噪声:由图1可见,3kHz～95kHzPC机之间通过RS-232接口电路及调频带内背景噪声的功率谱密度随频率的升表1是扫频信号峰峰值保持2V,改变制解调电路连接到电力线信道,构成基本高而呈明显的下降趋势;在100kHz～450kHz噪声峰值进行实验观察是结果,由表中可的电力载波数字通信系统模型(如图2)。频带内背景噪声基本保持水平状态,其特知当信噪比在3.79时其传输正确率为①PC机端用Labwindows/CVI实现数性为白噪声其功率谱密度满足公式:N((f)100%,随着信噪比的降低,

5、传输正确率下降据的串行发送和接收,如图3、4为软件界=C。C是随时间和地点变化的随机变量。直至通信瘫痪。实际设计中保证一定的信面。但与kbit/s的数据传输率相比,C的变化非噪比可减少背景噪声对通信的影响。常缓慢,可以认为恒定,大量的实验样本分对于周期性噪声,可以采用间隙传输图2图3图4②调制解调部分由数字信号处理单元和相应的外围电路组成,电力线采用的调制技术主要有OFDM(正交频分复用)、图5DMT(多载波调制)、扩频及常规的QFSK,16科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008NO.21科技资讯SCIENCE

6、&TECHNOLOGYINFORMATION信息技术现主从机间的通信。主从机通信程序流程图如图6、7所示。简单多机(终端)通信技术可以应用在诸如远程抄水、电、气、热表数据,智能小区总机查询、控制各监测点状态等主从应答、查询式通信系统中。2.2.3基于CSMA/CD的多机(终端)通信当每一部终端为独立、无主从关系时,也就是多机通信系统了。此时,每部机定时扫描电力线路,发现数据包则提取其目的地址信号,如果该地址等于本机地址则进行解封将并接收数据;如果要发送数据,则先把目的地址跟本机地址封装到数据帧中,再进行调制发送。但当每一部机都成为自由的主机后,数

7、据冲突的就必须解决。假如某部终端准备发送数据时,线路中其它终端已经在通信中,或者几部终端同时发送了数据包,其结果必然是通信图7从机通信流程图失败。解决这个问题,可以使用以太网802.3中的CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听多图6主机通信流程图路访问)协议。该协议在数据传输过程中,FSK等。下面以美国NS公司生产的LM1893建随时检测线路状态。发送前,连续地监听电力线调制解调芯片为例,实现电力线数2.2.1多机(终端)通信的寻址模式及数线路是否有载波信号,通常由表明线路正字载波传输(如图5)。据封装格式在使用的电压来识别。如未侦听到载波,LM1

8、893采用抗噪声的FSK调制,数据在电力线中,各终端是以并联的形式则认为线路是空闲的,可以发送数据。如率达4.8KB,载波频率在50kH