电力线载波通信技术在远程抄表系统集中器中的应用研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学能论文电力线载波通信技术在远程抄表系统集中器中的应用研究摘要随着我国电力事业的迅速发展，传统的用电抄收管理方式已经不能满足市场需求。本文在大量收集查阅国内外有关远程抄表系统资料、深入用户及用电管理部门广泛调研的基础上，提出了一种采用低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统，该系统具有三层网络结构，即上位机管理系统、集中器和载波电表。分板研究了整个系统及各组成部分的功能与特点。由于我国低压电力线上存在的高削减、高噪声、高变形，必须采用特殊的通信技术。因此本文首先分析了高频信号在电力线中的传输特性；重点讨论了扩频通信技术在电力线载波通信中的应用；深入研究了以直序扩频通信技术为基础的、高性能的电力线载波专用M O D E M 芯片P L 3 1 0 5 的内部工作原理，在此基础上，采用P L 3 1 0 5 实现了远程抄表系统中集中器与终端载波电表之间可靠的数据传输。集中器是连接上位机与终端载波电表之间的枢纽，起着上太原理工大学硕士研究生学位论文传下达的作用。根据中华人民共和国电力行业标准规定的集中器的主要功能及性能指标要求，本文重点研究设计了集中器的硬件系统和软件系统。其中硬件系统主要包括主控制器、外部扩展数据存储器、时钟模块、看门狗模块、上位机通信接口电路以及电力线载波通信电路及其外围电路等。在软件设计中，本文首先制定了集中器与上位机之问以及集中器与下位载波电表之间的通信协议。然后本着模块化程序设计的思想进行了各功能模块的软件设计，从而使程序的编制、调试、修改方便。另外，本文针对电力线载波通信中的距离问题，设计了软件中继技术(即载波电表互为中继的思想)，使集中器具有自动搜索中继的功能，并且中继链路可以不断调整，具有自学习能力。同时提出了中继约束条件及编制原则，大大提高了中继搜索效率。最后，将本文设计的基于低压电力线载波通信技术的集中器与其他合作人员设计的载波电表及上位机管理系统连成一个完整的远程自动抄表系统，并进行了大量的实验测试。最终本系统于2 0 0 5 4 5 日通过了国家电力工业设备及仪表质量检测中心的检验(报告编号：P D 2 0 0 5 0 0 3)。测试结果表明：本文所设太原理：大学硕士研究生学位论文A P P L I C A=I I O NR E S E A R C H粃b-l e n=O；z h w o r d=0 X F F F F；jV o j dz b r x(v o i d)j 坟；i j “一；i11，番jjl；i；掌i；l；I I F 国i 一i ii!垦薹雪垂 i i；主I I i!u 茎；种i；F”萋；iH韬|一li太原理工大学硕十研究生学位论文B e c a u s eh i g ha t t e n u a t i o n，h i g hn o i s ea n dh i g hd i s t o T t i o ne x i s ti nt h el o w V o l t a g ep o w e rl i n e so fo u rc o u n t r y，s p e c i a lc o m m u n c a t i o nt e c h n o l o g ym u s tb ea d o p t e d F i r s t l y，t h eI r a n s m i s s i o nc h a r a c t e“s t i cw h e nh i g h f r e q u e n c ys i g n a lw a st r a n s m i t t e dt h r o u g hp o w e rl i n e sw a Sa n a l y z e d S e c o n d ly，t h ea p p l i c a t i o no fs p r e a ds p e c t m mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt oc a r r i e rc o m m u n i c a t i o no ft h ep o w e rl i n ew a se m p h a t i c a l l yd i s c u s s e d T h i r d ly，t h ei n t e r i o rp r i n c i p l eo ft h es p e c i a lM O D E MI CP L 31 0 5a d o p t i n gd i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u mc o n l m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yw a sd e e p l ys t u d i e d B a s e do nt h i s，P L 3 1 0 5w a ss e l e c t e dt or e a l i z et h er e l i a b l ed a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e nt h ec o n e e n t r a t o ro ft h el o n g d i s t a n c em e t e rr e a d i n gs y s t e ma n dt h et e r m i n a ls i g n a lc a r r i e ra m m e t e rB e i n gl h eh e a r to ft h ea u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m，t h ec o n c e n t r a t o rc o n n e c t e df h ec o m p u t e rw i t ht h et e r m i n a lc a r r i e rm e t e rT h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e mo fl h ec o n c e n t r a t o rw e r ee m p h a t i c a l l yd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h em a i nf u n c t i o n sa n dt h ed e m a n d sf o rp e r f o r m a n c et a r g e t so ft h ec o n c e n t T a t o Ts t a t e di nt h ep o w e rt r a d es t a n d a r do fP R C I tw a sm a i n l yc o m p o s e do fM C U，e x t e r n a le x p a n d e dR A M，c l o c km o d u l e，w a t c h d o gm o d u l e，t h ec o m p u t e rc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ec i r c u i ta n dI h eP L Cc o m m u n i c a t i o nc i r c u i tt o g e t h e rw i t hi f sp e r i p h e r a lc i r c u i t sD u r i n gt h ed e s i g no ft h es o f t w a r e，t h ec o m m u n i c a t i o np r o f o c o l sb e C w e e nt h ec o n c e n t r a t o ra n dt h ec o m p u t e ra sw e l la st h ec o n c e n t r a t o ra n dt h ec a r r i e rm e C e rw e r ef i r s te s t a b l i s h e d T h e nt h es o f t w a r eo fe V e r yf u n c l i o n a lm o d u l ew a sd e s i g n e d T h ep r o g r a mw a sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f m o d u l a r i z a t i o ns ot h a ti tc o u l db ee a s yt op r o g r a m，d e b u g，m o d i f ya n dc h e c ke r r o r s I na d d i t i o n，c o m m u n i c a t i o nd i s t a n c ei st h ek e yo fc a r r i e rc o m m u n i c a t i o no ft h ep o w e rl i n e I h es o f t w a r er e l a yt e c h n o l o g yi e t h ec a r r i e rm e t e r sw e r er e l a y e de a c ho t h e rw a sd e s i g n e di n t h i sp a p e rs ot h a tt h ec o n c e n t r a t o rc o u l da u t o m a t i c a H ys e e kf b rr e l a y sT h er e l a yl i n kc o u l db ea d j u s c e dc o n t i n u o u s l ya n dh a dt h ef u n c t i o no fs e l f-s t u d y T h er e s t r i c t i o n so fI h er e l a y sa sw e l la sc o d i n gp r i n c i p l e sw e r ea l s op r o p o s e di no r d e rt oi m p r o V et h ee f：f l c i e n c yo fr e l a ys e e k i n gF i n a l ly，t h ec o n c e n t r a C o rb a s e do nc a r r i e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo ft h e1 0 w-V o l t a g ep o w e rl i n ed e s i g n e di nt h i sp a p e rw a s太原理二I：人学硕士研究生学位论文c o n n e c t e dw i t ht b ee a r r i e rm e t e r sa sw e l la st h ec o m p u l e ra d m i n i s t r a C i V es y s t e md e s i g n e db yo t h e rc o o p e r a t i V e si n t oa ni n t e g r a t e dr e m o t em e l e rr e a d i n gs y s t e m A n e rag r e a td e a lo fe x p e r i m e n t sw e r ec a r“e do n，t h es y s t e mp a s s e de h ec h e c k o u ta n dt e s to ft h en a t i o n a lp o w e ri n d u s t r i a ld e V i c e sa n di n s t r u m e n t sq u a l i t ye x a m i n a t i o nc e n t e ro nA p r i l5“2 0 0 5(t h er e p o r tn u m b e ri sP D 2 0 0 5 0 0 3)a t1 a s t T h er e p o r tr e s u l t si n d i c a I et h a tt h ec o n c e n t r a t o fd e s i g n e di n t h i sp a p e rh a sp e r f e c If u n c t i o n so fd a t ac 0 1 1 e c t i o np r o c e s s i n g，s t o r a g e，s e t t i n ga n dc o n l m u n i c a t i o n，a n de a c hp e r f o r m a n c et a 唱e ta c h i e V e sC h ec o r r e l a t i V es t a n d a r ds t a t e db yo u rC o U n t r V K E YW o R D S：c a r r i e rc o m m u n i c a C i o no ft h ep o w e rl i n e，s p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y，p o w e rl i n ec a r r i e rm e t e rr e a d i n gs y s t e m，c o n c e n t r a t o r，s o f t w a r er e l a yt e c h n o l o g y太原理工大学硕士研究生学位论文关于论文使用授权的说明本人完全了解太原理工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文(保密的论文在解密后遵守此规定)。本人签名：盔豳煎日期：婴年月上L 日导师签名：塑垄圭垒日期：超年月J 曼日太原理工大学硕士研究生学位论文1 1 研究背景第一章绪论随着我国电力事业的迅速发展，国家电力系统两网改造工作的逐渐推进，“一户一表，供电到户”政策的贯彻实施，电力用户数量急剧膨胀，工业和民用电能表日益增多，用电网络日益庞大，供电企业的用电网络管理任务越来越重。国家的发送配分开，更要求供电企业对各大中小用户的监控力度加大。无论是用户还是用电管理部门都迫切需要现代化管理手段的介入，这给用电管理部门在用电管理规范化、自动化和收费网络化方面提出了新的课题。目前，绝大多数用电管理是采用传统抄表方式，人工挨家挨户抄取电能表数据，不可避免地存在许多问题，如：统计数据不准确，无法真实反映用户用电情况；操作难以规范化，造成不明损失增加；数据采集不及时，无法实时反映系统状况，不能对用户行为进行有效监控；且耗费人工多，成本高，效率低。显然，上述弊端使得人工抄表管理模式不能适应电力体制的改革，也直接阻碍了诸如分时电价运营、预支电费等先进管理模式的推行I l】。因此开发研究适合国情，既面向未来电量管理自动化建设的需要，又适应现行的运行管理体制的自动抄表系统，是用电计量、管理的大势所趋。而采用远程传输技术、计算机技术和通信技术相结合，将各个用户的计费终端和管理中心连成一体，不但进一步节约了人力开支，还能实时地监控各个用户的消费情况，有利于管理部门及时发现问题并采取相应的措施进行处理1 2 J。远程自动抄表系统可以替代低压用户抄表、大用户(重点用户)抄表、变电站抄表等人工日常抄表工作，提高工作效率，减少人为差错，加强用1太原理工大学硕士研究生学位论文户管理，实现从电量采集及传输、统计查询、线损分析、异常报警、报表生成等一系列负荷远程监控管理工作的全面自动化f 3 删。在这种市场急需的背景下，于2 0 0 4 年2 月l O 日与太原北科电子有限公司签定了开发研究“基于低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统”的技术合同(合同编号：2 0 0 4 0 5 9)，规定主要完成远程抄表系统的方案设计以及集中器部分的硬件及软件设计。1 2 设计方案论证远程抄表系统的关键技术在于通信，它占据了投资的相当大的部分。目前所采用的通信方式主要有以下几种【1】：(1)双绞线方式采用此种通信方案一般为总线通信方式，主要包括洲6】：R s 4 8 5 4 2 2 总线：这是目前使用最为广泛的一种通信方式，其价格低廉，通信速率和通信距离都能很好地满足自动抄表的要求，但其接口易损坏，通信可靠性一般；P r o 雠l u s 和B i t B u s 总线：其物理层与R s 4 8 5 瓜s 4 2 2 相同，但加入了数据链路层，以信息包的方式传递数据，其内部软件模块完成数据打包懈压包、c R C 校验等任务，佼通信的可靠性大大提高；C A N 总线：最早应用于汽车，现在已经广泛地应用于各行各业。C A N总线较好地解决了总线冲突和仲裁，避免了接口芯片意外损坏。由硬件完成数据打包、C R C 校验等任务，其通信距离、速率和可靠性都优于基于R s 4 8 5 爪S 4 2 2 物理层的通信方式，有较高的性能价格比。L o n w o r k s 网络：该网络基于N e u t m n 技术，它集成了O s I 全部的七层协议适合多种通信介质，包括电力载波、双绞线和无线通信。在通信速率、距离和可靠性上都有较强的优势，但其价格稍贵。2太原理工大学硕士研究生学位论文(2)无线通信方式无线方式包括无线电和红外，该技术方案属于比较成熟的常规技术，通信成功率高，但由于成本高，频段申请困难，其推广受到极大限制。(3)电话线方式主要用于集中抄表以后的数据远程传输，目前大多采用现有的外置调制解调器(M O D E M)或采用内置M O D E M 芯片方案。(4)电力线载波通信方式电力线载波是电力系统特有的、基本的远程通信方式。低压电力线载波通信是指利用现有低压2 2 0 V 线路作为通信载体，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输媒介，因此具有信息传输稳定可靠，路由合理等特点。低压电力线载波通信方式就目前的成本要求和技术水平而言，己基本满足实用化要求【7】【8】【9】。由于利用现有电力线作为通信信道，因此施工量少，且信道不易破坏。总之，利用现有的电力线作为通信介质，进行远程抄表和实时监控是一种高新技术，它的研究成功不仅可以替代人工日常抄表工作，提高工作效率，减少人为差错，加强用户管理，而且能够实现远程监控管理工作的全面自动化，是电力部门实现远程自动抄表的发展趋势，具有广阔的应用前景。而且通信技术、计算机技术和智能控制的发展，为电力线载波抄表创造了条件1 1 0】。因此，本文采用电力线载波作为远程抄表系统的通信技术。1 3 电力线载波远程抄表的关键技术1 3 1 载波通信技术电力线载波通信采用电力线作为通信介质，具有充分利用现有资源、易施工、综合成本低、不受环境条件限制等优点。但是由于电力线上的高3太原理工大学硕士研究生学位论文削减、高噪声、高变形，必须采用特殊的通信技术。因此，通信技术是电力线载波抄表系统的一个关键问题【“】，必须采用专用的电力线载波M O D E M 芯片，才能保证数据通信的准确可靠。1 3 2 通信距离通信距离是电力线载波抄表系统的另一个关键问题。目前，低压电力线载波集中抄表系统以台区为单元，在一个台区内采用电力线传输，数据集中后再借助其它信道往上传，因此通信距离主要指一台区变压器供电范围内数据在没有集中前的传送距离，它是衡量系统优劣的一个重要指标，关系到系统的实用性【1 2 1【1 3】。在不考虑电表模块参与中继的情况下，一般能传5 0 0 米以上，也完全能满足城市小区的集中抄表要求。如果小区比较大，必须加r 南继砂能才能完全满足要求【1 6】。本文采用软件中继的方法，通过电表互为中继的方法来增加通信距离，从而扩大系统的适用范围。1 4 电力线载波通信技术的发展电力线传送数据的电力载波通信(P o、v e r L i n ec a 盯i e r，P L C)技术，已经产生很多年了。传统的P L C 技术在电力系统中广泛应用于电网调度通信、远动和继电保护的高频保护通道等，其中高频保护作为维护电力系统稳定的输电线路的主保护，采用电力线载波通信沿用至今，说明电力线通信在高压电网中应用是非常成功的。然而，由于传统P L c 的速率低、成本高，与其它通信方式相比缺乏优势，几十年来未能得到广泛应用。近1 0年来，随着计算机网络、通信技术的不断发展，电力线通信技术得到了迅速的发展，载波通信技术己由模拟式发展为数字式，成为通信技术的又一个热点。同时也为电力系统的配电网提供了一种极具前途的增值技术”。国际上许多公司和科研机构都投入大量人力和资金，发展新型电力线通信4太原理工大学硕士研究生学位论文产品【2 们。由于中低压电网几乎覆盖整个人类生存空间，因此电力线通信更具有广泛性。这种新型技术对电力行业的影响才刚刚开始，无论是在配电自动化中还是民用领域，电力线通信都将为其带来新的变革【2“。国外对低压电力线载波通信技术的研究起步较早，多家公司已推出了自己的电力线载波M O D E M 芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。目前有两种载波芯片：一种是针对北美洲地区电网(4 8 0 v 2 7 7 V、2 0 8 V 1 2 0 A C)标准频率范围1 0 0 l d z 4 5 0 k H z；另一种是针对欧洲地区电网(4 0 0 v 2 3 0 A c)的标准频率范围9k H z 1 5 0k H z。由于国外电力线载波M O D E M 芯片是针对本地区电网特性、电网结构而设计的，在国内使用都难尽人意【2 2 J。目前在抄表领域中使用的载波M O D E M 芯片的通信模式主要有1 2 3】【2 4】：(1)因为窄带通信技术价格低廉并且较为容易实现，所以在以往的应用中比较流行，早期的芯片是L M l 8 9 3，后来的典型通信芯片为S T 7 5 3 6。s T 7 5 3 6 属于同步F S K 调制，由于在集成电路内应用了硬件数字滤波，对通信频带外的干扰有较好的抑制，其接收灵敏度(实际可达到3 m V)和抗干扰能力相对于LM 1 8 9 3 有了很大的提高，但2 2 0 V 电力线路的载波信号在衰减严重时还不到1 m v，所以其接收灵敏度与现场环境的需求之间存在差距，而且抗同频干扰(与载波信号频率接近的干扰)能力差。所以尽管目前不少厂家采用S T 7 5 3 6 来进行载波抄表但其抄收成功率达不到现场要求。(2)随着扩频技术的成熟，其在抗干扰、保密等方面的突出优点，使得扩频技术在低压电力线载波通信中得到越来越广泛的应用。按照香农定理，信道容量为常量时，信道带宽与信噪比之间存在着互换的关系，如果增加信道带宽，则可降低对信噪比的要求。通信系统中带宽与信噪比存在互换关系，通过扩展信号的带宽，可以有效的提高系统的抗干扰性能。5太原理工大学硕士研究生学位论文国内的L T D Z o o O、P L 3 1 0 5 都是采用扩频方式的电力线通信芯片，它们在抗干扰和噪声，以及数据传输性能上比窄带通信有了较大提高，在国内应用比较理想。(3)近年来电力线通信技术被应用于二计算机联网及I n t e m e t 接入，对通信传输速率的要求不断提高，而扩频通信虽然抗干扰能力较强，却受其原理的制约，传输速率最高只能达到几M b 甜s。一种利用正交频分复用(O F D M)技术在低压电力线上实现高速数据传输的方式可有效解决这一难题。该技术具有抗噪声、抗多径效应和抗衰落的特性，其数据传输速率可以超过1 0 M b i 珧。O F D M 是一种多载波调制技术，其最大的特点是传输速率高，对码间干扰和信道衰落具有很强的抗御能力【1 8】【1 9】。o F D M 的思想早在2 0 世纪7 0 年代就有人提出，但是直到8 0 年代后期随着数字信号处理(D S P)技术的发展和对高速数据通信需求的增长，才逐渐被人们所重视。从“电力线通信及应用”国际研讨会所发表的论文来看，适合电力线高速数字通信的主流技术是扩频通信技术和O F D M 技术。相对于扩频技术，0 F D M 技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强等优点，是非常适合电力线高速数字通信，且具有发展前景的一门新技术。目前，0 F D M 技术应用于电力线高速数字通信才刚刚开始，还存在许多问题，是通信领域研究的前沿课题。1 5 选题的意义1 5 1 电力线载波远程抄表系统推广应用前景实现电表的远程自动抄收不仅可以有效解决入户抄收存在的不安全、打扰用户等弊端，而且是用电管理部门提高用电管理水平的内在要求可以大大提高工作效率，杜绝拖欠电费问题。随着各行各业科技水平的不断6太原理工人学硕士研究生学位论文提高，电力部门实现自动抄表是发展的必然趋势。电力线载波抄表系统的大力准广应用，将使得抄表工作不受时间和空间的限制，居民用户也将随时随可以查询自己的用电情况。这样必将带来一定的社会效益和很大的经济效益，其应用前景非常广阔。1 s 2 经济效益分析(1)节省人力的效益：假设有表户2 0 0 0 0 户，每个抄表员每月抄表1 0 0 0 户，每人年薪1 5 万元。采用电力线载波抄表系统后可节省2 0 名工作人员，直接经济效益可达3 0 万元；(2)降损效益：经过对台区线损数据的分析若全部更换为载波电能表。线损至少能降低】个百分点。若售电量为2 5 亿K w t h。每年可挽回损失电量2 5 0 0 0 0 0 K w h，按平均电价(含价外加价)O 3 9 3 元K w h 计，直接经济效益为9 8 2 5 力 元。以上是保守的效益分析，而且只局限于直接经济效益。实际上，该系统所带来的隐含的、间接的经济效益则远高于此1 2 5 l。1 5 3 社会效益分析(1)电力线载波抄表系统为“两网改造”和“一户一表”工程的实施提供了有力支持；(2)电力线载波抄表系统能够使抄表人员从抄抄写写中解放出来，投身到“优质服务”中去：(3)电力线载波抄表系统能够避免抄、核、收环节中人为造成的人情电、关系电和抄表差错等一系列因素，减轻了用户的负担。1 6 本文的主要内容本文的各章节安排如下：7太原理工大学硕士研究生学位论文第一章介绍了本文的选题背景；进行了远程抄表方式的方案论证；探讨了电力线载波通信的关键技术及电力线通信的发展；最后阐述了选题的意义。第二章首先分析了高频信号在低压电力线中的传输特性，由此可知，利用低压电力线作为通信介质时，必须采用的特殊的通信技术：然后探讨了目前常用的电力线载波通信技术(扩频通信原理)；最后介绍了国内外常用的几种电力线载波MODEM芯片，着重阐述了国产以直序扩频通信技术为基础的、高性能的电力线载波专用MODEM芯片PL3105的通信原理。第三章设计了以电力线载波为通信技术的远程抄表系统：介绍了系统的网络拓扑结构；分析了系统的功能特点以及各部分在网络结构中的位胃及功能。第四章重点研究设计了集中器的硬件系统。主要包括主控制器、外部扩展数据存储器、时钟模块、看门狗模块、上位机通信接口电路以及电力线载波阻菹是表征低压甫而瑶徭。妊搓辩坛掣罟蠢釜型塞解筛琵卿甏币：三j 越种秘甄咻娟镪萤鲥酬瓶懿辐辐腑嚣高裂篙巍”帑搿撵玛嚆堙孺嘲l 璀崔浮殓何脓海琰6 E 等并m占蠹飘鲫驰妇削弱轰酣巍i 湍僧莲浙琳再修缓叶蔺羹强潦离；有关系察萤邑割碰E：当鎏蒌董墨理骂翊职譬骶蓦薯对；鉴眩翟协壁钳赫逵擎丙罂，随着频率的增大而减小。当电力线上有负载时，所有频率的输入阻抗都会减小。但是，由于负载类型的不同，使不同频率的阻抗变化也不同，所以实际情况非常复杂，甚至使输入阻抗的变化不可预测。由于低压电力线输入阻抗的剧烈变化，使发送机功率放大器的输出阻抗和接收机的输入阻抗难洌蚨缏飞杓拼春艽蟮睦选太原理工大学硕士研究生学位论文种，传输信号的方式不是脉冲而是由两个音频信号组成的混合信号，在程控电话系统中已经有广泛应用。(3)线形调频脉冲方式此方法多用于类似于以太网的c s M A 网络，它利用一系列短促的、可自同步的扫描频率C h 卸s 作为载体，每个C h i r p s 般持续1 0 0us，它代表了最基本的通信符号时间【3 0】p”。这些C h i r p s 覆盖了l o o m z 4 0 0 k H z 的频带，并总是以2 0 0 k k 4 0 0 k H 2 的频率开始，继而以l o o k H z 2 0 0 k 频率结束。由于c 蜮r p s 信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度也较高，而等幅振荡波干扰的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将等幅振荡波干扰排除在外。(4)多载波调制方式多载波调制是一种多载频并传体制，其基本原理是将输入信息转换成多路并行信号，对相互完全正交的一组载波进行调制。因此，多载波调制方式技术的实质是将时分多路的数据传输转化为频分多路的数据传输。由于各载波之间的正交性，完全消除了彼此之间的串扰，同时可以在接收端利用相同的正交载波组来恢复原始信号【32 1。(5)扩频通信方式实用扩频技术在5 0 年代中发展起来，起初扩频技术只用于军用通信、制导等军事领域，由于它具有许多特点，使得其理论和实践发展迅速3 2】p”。扩频通信技术在9 0 年代才开始应用到民用上，目前已经在低压电力线通信上得到广泛应用，并已经取得了很大的发展，成为电力线载波通信的热点。扩频通信方式是一种简便、易实现、价格低廉的方式。本文的低压电力线载波通信方式采用的就是扩频通信技术。1 2x太原理工大学硕士研究生学位论文成4 类：周期性的连续干扰、周期性的脉冲干扰、时不变的连续干扰和随机产生的突发性干扰。通常情况下，前两类干扰占主导地位。通过以上讨论可以看到，低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂，而且随机性、时变性大，难以找到一个较为准确的解析式或数学模型加以描述，这也是为什么一直以来对低压电力线高频信号传输特性的分析多以定性分析和实验数据测试分析为主的原因。即使有些学者提出了一些模型，但是这些模型也往往是附加了许多假设和限制，因而也是不精确的或适用面很窄。这种精确数学模型的缺乏，对低压电力线载波通信设备的设计提出了很高的要求，即要求其有很好的自适应能力【3 4】。但同时，出于实用的角度，为了获得合理的性价比，又要求其成本要限制在一定的范围内。这些对系统的设计而言是一个很大的挑战。尽管低压电力线载波通信存在上述所说的这些困难，用低压电力线作为通信信道仍然是可行的，只是需要采用一些特殊的技术手段。2 2 常用的低压电力线载波通信技术(1)窄带通信方式窄带通信方式价格低廉并且较易实现，所以在以往的应用中比较常用。但窄带技术的缺点是抗干扰能力较差，尽管窄带通信中的接收器具有较窄的通带，使得仅有小部分噪声能进入接收器，但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因数，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰，引起它对传输来的信号产生误操作；而使用低品质因数的滤波器又会使通带带宽加大，令更多的噪声进入接收器，所以窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差【2 9】。(2)双音多频调制方式双音多频是利用数字合成技术的一种编码方式，是窄带频率调制的一1 1太原理工大学硕士研究生学位论文种，传输信号的方式不是脉冲而是由两个音频信号组成的混合信号，在程控电话系统中已经有广泛应用。(3)线形调频脉冲方式此方法多用于类似于以太网的c s M A 网络，它利用一系列短促的、可自同步的扫描频率C h 卸s 作为载体，每个C h i r p s 般持续1 us，它代表了最基本的通信符号时间l【o】p”。这些C h：s 覆盖了l a m z 4 自自k H z 的频带，并总是以2 d d k k 4 0 0 k H 2 的频率开始，继而以l n k H z 2 自自k 频率结束。由于c 蜮|s 信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度也较高，而等幅振荡波干扰的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将等幅振荡波干扰排除在外。(4)多载波调制方式多载波调制是一种多载频并传体制，其基本原理是将输入信息转换成多路并行信号，对相互完全正交的一组载波进行调制。因此，多载波调制方式技术的实质是将时分多路的数据传输转化为频分多路的数据传输。由于各载波之间的正交性，完全消除了彼此之间的串扰，同时可以在接收端利用相同的正交载波组来恢复原始信号【3。(5)扩频通信方式实用扩频技术在5 0 年代中发展起来，起初扩频技术只用于军用通信、制导等军事领域，由于它具有许多特点，使得其理论和实践发展迅速2 2】p”。扩频通信技术在9 0 年代才开始应用到民用上，目前已经在低压电力线通信上得到广泛应用，并已经取得了很大的发展，成为电力线载波通信的热点。扩频通信方式是一种简便、易实现、价格低廉的方式。本文的低压电力线载波通信方式采用的就是扩频通信技术。1 2太原理工大学硕士研究生学位论文2 3 扩频通信技术扩频通信(即扩展频谱通信)是一种信息传输技术，是将待传送的信息数据被伪随机码(扩频序列)调制，实现频谱扩展后再传输；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。这种通信方式与常规的窄道通信方式的主要区别：一是信息的频谱扩展后形成宽带传输：二是相关处理后恢复成窄带信息数据。正是由于这两大特点，使扩频通信方式有以下优点：很高的抗干扰性、抗噪音、抗多径衰落、保密性强、功率谱密度低、具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等。2 3 1 扩频通信的理论基础长期以来，人们总是设法使信号所占领的频谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。而利用宽频带的信号来传送信息主要是为了通信的安全可靠3 6】f”】。扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引申而来的。信息论中关于信息容量的香农(S h a n n o n)公式为；C=W l 0 9 2(1+S，N)(1)式中：C 信道容量(用传输速率度量)；W 信号频带宽度；S 信号功率：N 白噪声功率；s N 信号与噪声的功率比，即信噪比。公式(1)说明，在给定的传输速率c 不变的条件下，可以通过增加频带宽度w 的方法，在较低的信噪比s N 情况下传输信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号传输带宽，也能够达到可靠传输的目的。13太原理工大学硕士研究生学位论文发送端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在接收端，由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器和再定时后输出数据。只要收、发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。跳时也可看成是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益等于一帧中所分的时片数。由于简单的跳时抗干扰性不强，很少单独使用。跳时通常都与其它方式结合使用，组成各种混合方式。(4)宽带线性调频工作方式所谓线性调频(C h i r pM o“1 a t i o n)就是发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化。因为其频率在较宽的领带内变化，信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中，但在通信中也有应用。(5)各种混合式在上述几种基本扩频方式的基础上