浅谈低压电力线载波通信研究方案

　　摘  要： 针对基于低压电力线网络通信信道编码技术进行探讨与研究，并通过协议的编制以实现通信。在实际信道传输数字信号时，由于信道的传输特性不理想及加性噪声的影响，接收的信号不可避免地会发生错误。通过对目前比较常用的载波通信方法进行比较，进而为通信信道编码提供研究基础，根据电力线系统设计的具体环境情况进行选取，并对低压电力线设计方法加以改进，以达到对低压电力线上数据传输进行差错控制的目的。在编码方法的基础上搭建基于RISE3201低压电力线数据通信硬件和软件部分。

电力线通信技术（Power Line Communication）简称PLC,是利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机或电话，以实现信息传递。目前在多种场合使用的低速（1200bps以下）电力载波已很普遍。利用输电线路作为信号的传输媒介，人们利用电力线可以传输电话、电报、远动、数据和远方保护信号等。由于电力线机械强度高，可靠性好，不需要线路的基础建设投资和日常的维护费用，因此PLC具有较高的经济性和可靠性，在电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及各种信息传输方面发挥了重要作用。

电力线上网的优点：不再需要任何新的线路铺设，随意接入；共享互联网络连接；可以让任何客户进行网络连接；移动计算机至任意位置，简单使用；高通讯速率，可达14Mbps（将来通过升级设备可达100Mbps），可使用VOD点播；数据加密，提供高安全性和高可靠性能，满足酒店住户网上交易的需求；简单方便的安装设备以及使用方式；利用现有的电力线资源，节省费用。

　1 编码方法

在低压电力线数字信号传输中，由于信道不理想以及加性噪声的影响，传输信号码元波形会变坏，造成接收端错误判决。为了尽量减小数字通信中信息码元差错概率，应合理设计基带信号并采用均衡技术以减小信道线性畸变引起码间干扰（乘性干扰）。对于由信道噪声引起的加性干扰，应考虑采取加大发送功率、适当选择调制解调方式等措施。但是，随着现在数字通信技术的不断发展以及传输速率的不断提高，对信息码元差错概率的要求也越来越高，并且信道带宽和发送功率受到限制，此时就需要采用信道编码，又称差错控制技术。

　　2 低压电力线载波通信系统的设计

低压电力线载波通信系统，电力载波模块使用PLC调制解调器连接到电力线，进行信息交换。

　3 硬件设计

本系统的是RISE3201,该芯片是一种智能控制网络的单片系统芯片（SoC），它利用分布广的低压电力线作为通信媒介，实现数据传输及网络控制等功能。可广泛应用于远程抄表和负荷管理、工业自动化控制、安防系统、交通运输自动化、家庭智能化等领域。RISE3201的设计符合EIA-709.1、EIA-709.2等国际标准。但要实现通信还需增加外围电路，如耦合电路、实现滤波、功率放大功能的发送电路、实现滤波作用的接收电路等。

　　3.1 发送电路

发送电路的功能是把经调制并按一定协议打包的信号发射到电力线上。由于芯片输出的载波信号达不到功率要求，所以需先经过功率驱动。系统处于发射状态时，COMM MCU根据现场情况选择合适的频点以使发送的信号衰减。发送部分的作用是对RISE3201输出的载波调制信号进行滤波、功率放大，从而将处理后的信号以较高的效率传输到低压电力线上。

　　3.2 接收电路

载波信号经过耦合电路、载波接收电路进入RISE3201.接收电路配合RISE3201内嵌的BPSK及DSP模块，检测并在接收链上消除脉冲噪音，的信道获取算法保证信号低于噪音的情况下也能够获取信号。而芯片内嵌的自动增益控制划分成模拟域和数字域，使RISE3201芯片能够在很宽的范围调整接收信号电平。

　　3.3 耦合电路

耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。耦合电路就是指参与耦合过程的电路。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电   容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是耦合。

耦合单元是载波信号的输出和输入通道，当RISE3201处于发送状态时，耦合单元将RISE3201产生的高频载波信号送入低压电力线上进行传输；当RISE3201处于接收状态时，耦合单元在电力线上提取高频载波信号以便进行解调，同时阻止电力线的工频电流进入通信终端。

　　4 软件设计

PC机通过串口发送数据到Modem,Modem将数据进行扩频调制，经数据输出口发射出去，再经外围的发送电路功率放大后，经耦合电路发送到电力线上；接收端则是有耦合电路提取载波信号，输入到Modem的数据输入口，由Modem完成解调解扩后，通过串口上传至PC机。软件设计流程。

本文根据我国低压电力线特性设计了一个基于RISE3201的电力线通信系统，在低压电力线载波通信模块软件功能设计试验的基础上，针对基于低压电力线网络通信信道编码技术进行探讨与研究，并通过协议的编制以实现通信。在实际信道传输数字信号时，由于信道的传输特性不理想及加性噪声的影响，接收的信号不可避免地会发生错误。在采取适当的硬件设备以提高信道性能后，可进一步采取信道编码，进一步提高通信质量，通过实验验证能可靠地在低压电力线上实现点对点数据通信。此系统可用于构建智能家居、办公单位及小区等局域网。