多路数字电力载波机.pdf

电子科技大学硕士学位论文多路数字电力载波机姓名：唐杰申请学位级别：硕士专业：电子与信息工程指导教师：吴诗其;崔予红20051101电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机独创性申明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：盘查日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：年月日第1 页共6 3 页电于科大硕士学位论文：多路数字电力载波机摘要电力线通讯(P o w e rL i n eC o m m u n i c a t i o n)简称P L C，是利用现有电力传输线作为传输媒介的一种通讯方式。电力线通讯并不是什么新技术，早在数十年前就已经在电力系统的使用。在中高压线路上(1 0 K v 以上)上通过电力线载波机使用较低的频率(4 0 K H z 5 0 0 K H z)传输语音、数据和远动信号，是电力部门一种重要的通讯方式。在低压(2 2 0 V l K V)领域，电力线通讯主要用于传输负荷控制、电力抄表和家电自动化等。目前，随着芯片处理能力的提高和通讯技术的发展，在低压电力线通讯上已达到l O O M b p s 以上。在高压电力通信上，随着电力通讯技术的发展，当今电力载波通信技术及其电力载波通信技术的应用已经发生了极大的变化。同上世纪电力载波通讯使用模拟载波通讯机高峰时期相比，电力载波通讯已经从模拟通信方式发展为数字载波通讯，由1 路或2 路通信方式发展为多路复接通信方式。本文详细介绍了高压电力线载波机的使用环境和用户需求，全数字电力载波机和传统模拟载波的差异；按电力调度的需求设计完整的两路语音、两路数据的电力线载波通讯机。详细描述电话语音的采样，压缩；数据通道的处理；及在1 0 8 K b p s 2 8 8 K b p s 可变线路速率通道上的数据复接处理。从实现方法上看，该项目采用专用可编程V o P P 语音处理芯片，C P L D 芯片作为总线控制，大规模F P G A 集成电路，高处理能力的M C U。保证的对信号和业务处理能力，而且关键芯片均采用可编程逻辑器件，有较强的升级和扩张能力，可以保证硬件不改变的情况下进行性能优化和业务扩展。基于C P L D的总线控制方式也可以实现业务功能的均匀分担，可部分实现某些芯片处理性能不够的情况下将部分处理业务分担至其他芯片。从现实意义上看，本次项目是完整的将全数字电力线载波通讯机作为整体项目设计考虑，设计出全新的电力载波专用的多路复接设备。实现多路电力载波机作为整体提供给电力调度用户，使多路电力载波不再依赖于新西兰D i g i T e c h 公司M 系列(M 3 4 0、M 2 2 0)通用复接器+高频调制电力载波的方式。改变了传统的二次调制，多次信号处理和转换的方式，不但在性能上得到提升，价格低廉，而且完全具有自主知识产权。关键词：电力线载波(P L C)多路复接第2 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机A b s t r a c tP o w e rL i n eC o m m u n i c a t i o n(P L C)i sac o m m u n i c a t i o nm o d eu s i n gt h ep o w e rl i n e I th a sb e e nu s e di nt h ep o w e r f u la r e a sf o rm a n yy e a r s I nt h e s ea r e a s，i t sav e r yi m p o r t a n tc o m m u n i c a t i o nm o d et ot r a n s m i tv o i c e，d a t a sa n dt e l e c o n t r o ls i g n a lb yt h eP L C su s i n gl o w e rf r e q u e n c yt h r o u g ht h ep o w e rl i n e sw h i c ha r eh i g ht h a n1 0 K V I nt h ea r e a sW h e nt h ep o w e ri sb e l o w2 2 0 Vt oI K V，P L Ci sm o s t l yu s e dt ot r a n s m i t et e l e m e t e r i n gs i g n sa n dt e l e c o m m a n d s N o w，t h ec h i p s p r o c e s s i n ga b i l i t yi sh i g h e ra n dt h ec o m m u n i c a t i o nt e c hi sd e v e l o p e d，t h eC o m m u n i c a t i o nC a p a c i t yi sh i g h e rt h a n1 0 0 M b p s I nt h eH i g h V o l r a g ec o m m u n i c a t i o na r e a，a l o n gw i t ht h ep o w e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y sd e v e l o p i n g，t h et e c h n o l o g ya n dt h ea p p i c a t i o no ft h eP L Ch a v eb e e nc h a n g e dg r e a t e l y N o w，t h et y p eo fD P L Ch a sr e p l a c et h et y p eo fS i m u l a t i o nc o m m u n i c a t i o na n d t h et y p eo fm u l t i C h a n n e l sh a sr e p l c e dt h et y p eo fs i g l ec h a n n e lo r2-c h a n n e l s T h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h eP L C su s i n ge n v i r o m e n ta n dt h eu s e r s n e e d si nd e t a i l s，a n dt h e nt e l l st h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h eD P L Ca n dt h et r o d i t i o n a lP L C I ta l s od e s c r i b e sh o wt od e c i m a t i o na n dc o m p r e s st h et e l e v o i c e，h o wt od e a lw i t ht h ed a t at u n n e l s，a n dt h em u l t i p l e xd a t at h r o u g ht h et h e1 i n ew h i c h sb a n d w i d t hi sc h a n g e a b l eb e t w e e n1 0 8 b p sa n d2 8 8 k b p sT h i sp r o j e c tu s e st h eP r o g r a m m a b l eV o P Pc h i p s：t h eC P L Df o rb u sc o n t r o l l i n g，t h eF P G Aa n dt h eM C Uw i t hh i g hp r o c e s s i n ga b i l i t y A 1 1o ft h e s ee n s u r et h eh i g ha b i l i t yt op r o c e s st h es i g n a l sa n dt h eo D e r a t i o n s I na d d i t i o nt ot h e s e，t h em o s ti m p o r t a n tc h i p sa r eC P L Dw h i c hc a nb eu p g r a t e da n de x p a n d e de a s i l y，w h i c hm a k e si tp o s s i b l et h a tt h ec a p a b i l i t yc a nb eo p t i m i z e da n dt h eo p e r a t i o nc a i lb ee x p a n d e dw i t h o u tc h a n g i n gt h eh a r d w a r e T h et y p eo ft h eb u sc o n t r o l1i n gb a s e do nt h eC P L De n s u r e st h eo p e r a t i n g sa r ep r o c e s s e di nt h es a m eP R I，a n dt h e ni tc a nl e ta n o t h e rc h i p sd e a lw i t ht h ep r o c e s s i n gw h e ns o m ec h i pC a Bn o ta f f o r d W ed e d i c a t et or e s e a r c h i n ga n dd e s i g n i n gaw h o l en e wD P L C，a n dt h e nw ec a np r o v i d eo u ru s e r st h en e wm u l t i t u n n e l sD P L C sw h i c ha r en o第3 页共6 3 页一一皇王型查堡主堂垡鲨苎!量堕塾主皇垄堑婆!lo n g e rn e e dt h eM 3 4 0 M 2 2 0m u l t i p l e x e r(i m p o r t e df r o mt h eI)i g i T e c hC o m p o n y，N e wZ e a l a n d)I th a sc h a n g e dt h et r a d i t i o n a lt y p eo fs i g n a lp r o c e s s i n ga n dt r a s s m i t i n g，a n di t Sc h e a p N o to n l yi th a si m p r o v e dt h ep e r f o r m a n c eg r e a t l y，b u ta l s o，1 I r h i e hi sm o s ti m p o r t a n t，ith a st h ei n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t sc o m p l e t e l y K e yw o r d：P L CM u l t i p l e x e r第4 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机第一章电力线路及载波通讯发展1 1、电力载波的发展历史电力线载波通讯(P L C)并不是近几年才发展起来的一种新兴技术，而是有着近一个世纪的使用历程。电力线载波通讯出现在上世纪2 0 年的初期，以电力线路为传输通道，具有可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点。在我国，4 0 年代时就有日本建造的电力线载波机在东北电网上使用，作为长距离电力调度使用。五、六十年代，我国开始研制自己的Z D D 一1 型电力线载波机，未能实现产品化。后经过不断改进，形成了具有中国特色的Z 3 D 一5 型电力线载波机。该设备为四用户、两级调幅、具有A G C(自动增益控制)控制电路和音频转接接口，呼叫方式采用脉冲制式，经改进后的Z D D 一5 A 型机也能够复用远动信号。七十年代时期，我国模拟电力线载波机技术已趋成熟，当时以Z D D 一1 2、z J 一5、Z B D 一3 机型为代表，在技术指标上得到了较大地提高，并成为我国应用时间最长的主流机型。我们可将在此之前的载波机称为第一代载波机。八十年代中期，电力线载波技术开始了单片机和集成化的革命，产生了小型化、多功能的载波机，如S-2 载波机等。到了九十年代中期，以S N C 一5 电力线载波机为代表，在国内首次采用了D S P(数字信号处理)技术，将载波机音频至中频部分的信号处理使用D S P 器件来完成，实现了软件调制、滤波、限幅和自动增益控制。这类载波机可称之为数字化电力线载波机。到了九十年代末期，采用新西兰生产的M 3 4 0 数据复接器，结合电力线载波机的高频部分为一体的全数字多路复接的载波机问世。这一成果提高了载波机的通信容量，从根本上初步解决了载波机通信容量小的技术“瓶颈”问题，从而为电力线载波市场带来了空前的机遇。从市场上来看，数字化和全数字载波机已占据了高压电力线载波机产品的大部分市场，模拟制式的电力线载波机销售量已开始萎缩，除了特殊的应用场合外将趋于淘汰。电力线载波在l O k V 线路上的应用国外自5 0 年代开始，主要应用在中压电网的负荷控制领域，大多为单向数据传输、速率低，并没有形成大规模的电力线载波通信服务产业。国内在八十年代后期多数是直接使用小型化的集成电路农电载波机实现点对点通信，也有个别采用窄带调频载波机的，使用范围很受限制。目前在国内使用的l O k V 电力线数据传输设备中，使用最多的还是窄带调制设备(主要是多信道P S K 及F S K 调制)，采用扩频方式的设第6 页共6 3 页电子科大硕士学位论文i 多路数字电力载波机备也已开始崭露头角，随着市场的发展和技术的成熟，扩频载波设备必将在电力线载波中压应用方面占有越来越重要的地位。电力线载波在3 8 0 V 2 2 0 V 用户配电网上的应用在九十年代后期之前只限于采用调幅或调频制式的载波电话机，实现近距离的拨号通话，也有采用专用的芯片实现近距离数据传输的。我国大规模地开展用户配电网载波应用技术的研究是在2 0 0 0 年左右，目前在自动集抄系统中采用的载波通信方式有扩频、窄带调频或调相。总体说来，电力线载波经过了长久的发展和使用，在目前的通信技术和数字处理技术的发展，电力线载波通讯有了较大的性能提升和一个新的发展机遇。1 2、电力载波的分类按不同的分类方法，电力载波可用电压等级和通信方式分类。首先按电压等级划分，目前随着电力线载波技术的发展，在高、中、低压三个等级上均全面展开了电力线载波通讯的应用。高压电力线载波机P L C(P o w e r1 i n ec a r r i e r)，指应用于3 5 k V 及以上电压等级的载波通信设备。载波线路状况良好，主要传输调度电话、远动、高频保护及其它监控系统的信息。中压电力线载波机D P L C(D i s t r i b u t i o np o w e rl i n ec a r r i e r)，指应用于l O k V 电压等级的电力线载波通信设备。载波线路状况较差，主要传输配电网自动化信息和大用户抄表信息。低压电力线载波通信设备，指应用于3 8 0 V 及以下电压等级的电力线载波通信设备。载波线路状况极差，主要传输电线上网、用户抄表及家庭自动化的信息和数据。在高压电力线载波设备中，根据国家质监总局电力线载波机产品生产许可证换(发)证实施细则可分为四类。模拟电力线载波机。采用模拟调制方式(如s s B 单边带调制)将频率搬移到线路频带进行传输，其线路频谱传输的信号为模拟信号。数字化电力线载波机。采用模拟调制方式(如S S B 单边带调制)将频率搬移到线路频带进行传输，其线路频谱传输的信号为模拟信号。在频率搬移过程中，采用了数字信号处理技术。全数字电力线载波机。采用数字编码技术，并利用数字调制方式将多路输入信号经数字处理后变换到线路频带进行传输，其线路传输的信号为己调制的数字信号。第7 页共6 3 页屯子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机继电保护收发信机。利用高压电力线作为媒介进行继电保护信号传输的设备。1 3、电力线载波机的新价值输电线是电力系统特有的、安全性最高的传输介质。以输电线为传输媒介的电力线载波通信经过几十年的发展，在电力系统已得到广泛应用，曾经是电力专网通信中的主要手段。但到九十年代后期，由于电力自动化水平的提高，对通信容量和质量提出了更高的要求，当时电力线载波技术竟数十年没有大的改变，仍然是模拟、单通道的制式，因而不能满足发展要求；而光纤等其它通信技术则发展迅猛，成为近几年电力通信采用的主要手段。然而自2 0 0 0 年起，国内些致力于电力线载波新技术开发的高科技公司将先进的数字技术应用在电力线载波通信中，产生了新一代全数字电力线载波机，其性能有了质的飞跃。目前全数字电力线载波机在4 k H z 带宽内能同时传输6路话音和数据，总速率达至I J 3 3 8 k b p s，且具有网管网控功能，在很大范围和程度上满足了电力通信发展的要求。而且除了电力线载波通信以外，没有一种通讯方式可以达到电力线载波通讯的可靠性高，抗破坏能力强的特点。因此，重新认识新技术环境下的高压电力线载波通信电力线传输资源的价值、重新认识电力线载波机的作用，对电网调度自动化通信系统的建设具有深远的意义。电力调度通信系统的现状多种通信手段并存、互为备用。通信在电力系统自动化中占有非常重要的地位。从目前的技术水平看，要满足电力调度的高可靠性和安全性，没有任何一种单一的通信手段能够全面满足各种不同类型或规模的电网自动化的需求。因此电力系统通信网将长期采用多种通信方式并存、互为备用的混合通信方式。电力特种光缆、电缆存在的难以解决的问题一断缆、断芯。随着电力系统光纤网络运行时间的增加，光缆和电缆陆续出现了因电腐蚀、被盗、交通事故等引起的断缆，雷击造成的断芯、断缆等问题，增加了维护费用，更主要是给电力系统安全、稳定运行带来了影响。电力线载波通信建设快，路由合理。电力线载波通信传输路由合理，建设周期短，并且能够与变电站和线路的建设同期进行，及时开通，因而利于现场工程的顺利进行。电网调度自动化系统对通信设备的要求一经济实用、稳定可靠。随着输电线路的不断增加，电网规模越来越大，电力系统若只采用光纤、数字微波等来满足其通信的需要，将需要投入大量资金。特别对于区域电网，第8 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机采用光纤还存在许多鞭长莫及站点。因此，电力部门迫切需要更经济、更实用、并且覆盖面更广的通信产品，以适应电力行业的发展需要。在本次项目中。仅讨论和研究中高压(1 0 K V 以上)电力线载波通信机。1 4、高压输电线路特点电力线的设计是为了传输高能电力，并非作为通信电缆使用，所以，电力线通信有许多限制和特点。配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域内传送。三相电力线间有很大信号损失(1 0 d B 3 0 d B)。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有线一地耦合和线一中耦合。线一地耦合和线一中耦合相比，电力载波信号少损失十几d B，但线一地耦合方式不是所有地区电力系统都适用。电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有5 0 H z 和6 0 H z，则周期为2 0 m s 和1 6 7 m s。在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，既电力线上有固有的l O O H z 或1 2 0 H z 脉冲干扰，干扰时间约2 m s，固定干扰必须加以处理。有种利用波形过零点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用。电力线对载波信号造成高消减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1 欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，只有进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，提高载波信号功率会增加产品成本和体积。而且，单一提高载波信号功率往往并不是有效的方法。电力线上存在高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的，有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用藕合电感从电力线上耦合下来的噪声一般就在l O m V 以上，而一般传输的数据信号会削减到I m V，如不采用电力线专用M o d e m 芯片来解调数据信号，通讯距离会相当短。电力线是个参数动态变化的通信信道，电力线引起数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样，同时电力线第9 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机采用光纤还存在许多鞭长莫及站点。凼此，电力部门迫切需要更经济、更实用、并且覆盖面更J J 的通信产品，咀适应电力行业的发展需要。在本次项目中。仅讨论和研究中高压(1 0 K v 以上)电力线载波通信机。1 4、高压输电线路特点电力线的设计是为了传输高能电力，并非作为通信电缆使用，所以，电力线通信有许多限制和特点。配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域内传送。三相电力线间有很大信号损失(1 0 d B 3 0 d B)。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。不同信号耦舍方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有线一地耦合和线一中耦合。线一地耦合和线一中祸合相比，电力载波信号少损失十几d B，但线一地耦台方式不是所有地区电力系统都适用。电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有5 0 H z 和6 0 H z，则周期为2 0 m s 和1 6，7 m s。在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，既电力线上有固有的l O O H z 或1 2 0 H z 脉冲干扰，干扰时间约2 m s，固定干扰必须加以处理。有一种利用波形过零点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用。电力线对载波信号造成高消诫。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1 欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，只有进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，提高载波信号功率会增加产品成本和体积。而且，单一提高载波信号功率往往并不是有效的方法，电力线上存在高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的，有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用藕合电感从电力线上耦合下来的噪声一般就在l O m V 以上，而般传输的数据信号会削减到1 m v，如不采用电力线专用M o d e m 芯片来解调数据信号，通讯距离会相当短。电力线是个参数动态变化的通信信道，电力线引起数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样。同时电力线线是一个分布参数的网络。不同点对数据信号影响不一样。同时电力线第9 页共f i 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机时刻动态变化的，不同时间对数据信号影响也不一样，这就使发出的规则数据信号经过电力线后，接收到的信号是严重变形、参差不齐的信号，所以必须加以特殊处理。综上所述，电力线上的高削减、高噪声、高变形，使电力线成一个不理想的通讯媒介，但由于现代化通讯技术的发展，使电力线载波通讯成为可能，其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。电力线载波通讯的关键就是设计出一个功能强大的电力线载波专用M o d e m 芯片和合理的复接策略。第1 0 页共6 3 页电子科大硕士学位论文；多路数字电力载波机第二章多路复用数字载波概述2 1、电力线载波应用需求电力线载波通信在不同的电压环境下有不同的应用需求，在高中压环境下，主要是电力部门用于电力系统调度；在低压环境下，电力线载波通信主要用于抄表和家电自动化。这里只研究在中高压下的电力线载波通信。2 i I、概述电力线载波是利用电力线作传输媒介的载波通信，不需另外架设通信线路。电力线结构坚固，作为通信媒介使用可靠性很高。电力线和电力设备在运行和操作中存在电晕、电弧和火花放电等现象，使电力线载波通道的噪声较高。为保证传输信号的信噪比，电力线载波机的发信功率较大。电力线路故障时，载波通道的衰减可能会发生较大的变化，为保证电力系统通信不中断，电力线载波机应具有较好的自动电平调节特性。电力线载波机除传输电话信号外，还需传输远动、数据及远方保护等非电话信号，因此有专用机和复用机之分。电话信号与非电话信号的复用有交替复用和同时复用两种方式。由于电力线载波信号的传输通过电力线，所以电力线载波通道的组织与电网的结构密切相关。电力线载波机一般安装在发电厂、变电所或开关站内。电力线载波通信是电力部门特有的一种通信方式，特别适用于以电力系统各发电厂、变电所和开关站为对象的电力系统调度电话、远动，及在被保护的电力线路两端间传送保护信号的远方保护系统。电力系统中的电力线在发电厂和变电所内是连接在公共母线上的，在电力线上开设的电力线载波通道之间有较大的相互干扰。这种通道间的串扰，限制了电力线载波通道开设的数量，对电力线载波通信的质量也很不利。可以采用合理的安排电力线载波通道的频率和安装阻塞效果较好的阻波器或频率分隔装置等方法解决。电力系统调度通信要求迅速、正确、可靠。电力线载波机一般设有自动交换系统(自动盘)与用户直接连接，或二线、四线接口，与系统中的交换设备连接。第1 l 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机电力线载波传输频率范围，最低频率由结合设备的传输性能及其费用确定，最高频率由传输衰减确定，并考虑无线电信号干扰等因素。我国规定为4 0 k z 5 0 0 k I z。2 1 2、电力调度需求电力线载波系统主要用来传送：语音信号：模拟信息。数据信号：电报、传真、远动、远方保护、数据等模拟或数字信息。语音信号：电力线载波系统可以用作从简单的同线电话到专用电话交换网中的中继线等广泛范围内的通话工具。电话通路般采用四线汇接交换方式，也可采用二线方式。在载波复接机中，一般将电话的上限频率降低到2 0 0 0 H z 或2 4 0 0 I z，而将上音频频带供非电话信号传输复用，也有将有效传输频带扩展到3 4 0 0 H z 以上的方式，以便安排更多的非电话信号通路。数据信号；数据信号包括远动信号、电报传真、远程数据采集等。电报(C a 传)和传真有些电力部门在调度管理上使用电传打字电报，因为电传打字电报在命令端和执行端可以自动记录交换的信息，在点对点和交换网的电路中都可以采用，传输速率一般为5 0 或7 5 波特，由所用的电传打字机决定。传真则需较高的速率。远动远动信号一般采用检错校验编码方式，以达到高度的安全性，避免错误动作或丢失信号。其传输速率从5 0 b i t s 到2 4 0 0 b i t s 或以上，目前多数采用2 0 0、6 0 0、1 2 0 0 b i t s。其他透明数据载波通信机提供标准的R s 一2 3 2 接口，用户可用于传输其他数据信号，如远程信息采集，互联网接入等。第1 2 页麸6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机2 2、电力线载波通讯的体系结构2 2 1、网络结构在高中压电力线上，考虑电力线的衰减、干扰和投资费用，我国规定电力载波使用范围是4 0 K H z 5 0 0 K H z，大多数单边带电力线载波系统采用4 k H z为基本载波频带，也有极少数选用2 5 k H z。在一个电网内，不宜同时采用4 k H z 及2 5 k H z 两种基本载波频带。考虑到电力线载波通信多种目的的应用要求以及与国家电信网标准相适应，优先选用4 k B z 频带。2 5 k H z 带宽目前几乎没有新品支持。一对载波机占用2 个4 K 频率，分别用于高频信号的发送和接收，在实际使用分配时，应按一定原则分配发送和接收频率，避免相互干扰及对其他载波设备产生干扰。用于电力部门的高中压电力载波通信是一种点对点的通信方式。目前，为了使电力线载波机在固定的频带内传输更多的业务能力，多数电力部门使用复接机对模拟载波机进行扩容或者安装多路电力线载波机，电力线载波的网络结构如图2-1 所示。图2-1 电力载波通信网络示意图电力载波机主要是由终端部分和信道部分组成(带宽为4 K H z)，根据终端部分采用的复接技术和信道部分所采用不同调制方式，可将电力线载波机分成模拟电力线载波机、数字式(数字化)电力线载波机和全数字电力线载波机三大类。终端部分由数据接口，语音交换及接口，复按部分组成，信道部分包含高频调制，发送滤波、接收滤波，信号发送功率放大器组成。接口部分主要包含语音交换机、4 线E M 接口、R S 一2 3 2 数据接口等。第1 3 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机语音交换及4 线E M 接口：语音交换及4 线E M 接口可和语音交换机连接，也可以直接连接用户电话，语音接口将电话信号进行交换和P C M 压缩形成低数据流送入复接单元。数据接口：数据接口提供R S 一2 3 2 接口，最高提供2 8 8 K b p s，数据接口直接将用户数据送入数据单元复接。信道部分包含高频调制解调、发送滤波、接收滤波和高频信号发送功率放大器。高频调解将复接单元送入的信号经过高频调制，发送滤波和信号信号放大器，通过耦合电容送至电力线；载波信号经过电力线达到对端，经过耦合达到对端载波机，经过接收滤波，高频信号解调，解复接还原为用户信号。2 2 2、桥接由于配电变压器对高频信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域内传输，要使载波信号在跨区域传输，必须使用接力方式组网，使用载波机作或者高频桥路接力完成载波信号跨配电变压区的传输。如果载波信号在跨配电变压区是不需要上下话路或者信号时，可使用高频桥路真接跨过变压器，实现载波信号的长距离跨区域传输。在该方式下，优点是结构简单，成本低。当载波信号传送的数据或者话路不仅是一点时。必须使用载波机将需要的话路或者控制信号传递下来，将其他话路或者数据重新调制到高频信号发送到远端。在该方式下，优点是可以任意上下话路和控制信号，可实现一个通道的多点管理，并可实现在线路衰减强的线路上实现超远距离传输；缺点是增加了投资，控制信号传输到末端时延较长。2 2 3、耦合因为电力线主要使用作为电力能量传输，作为通信时时必然遇到通信信号难以传输的设备，为使电力线兼用于载波通信目的，需要装设耦合装置，包括耦合电容器(或电容分压器)、线路阻波器、结合设备及高频电缆等。祸合装置使载波信号进入电力线及从电力线引出时损耗较小，使通信设备和电力线的工作电压、操作过电压、雷电过电压隔开，减少一次设备对载波信号引起的分流损失，并使通道的线路阻抗不受电力系统操作的影响。电力线和载波机的连接如图2-2 所示。第1 4 页共6 3 页电子科大硕士学位论文；多路数字电力载波机图2-2 电力线载波相关设备示意图2 3、多路复用数字载波和模拟载波的区别电力载波机主要是由音频部分和信道部分组成，根据音频部分是否采用复接技术和信道部分所采用的调制方式，可将电力线载波机分成模拟电力线载波机、数字式(数字化)电力线载波机和全数字电力线载波机三大类。为了简单和可比性，以下叙述均指带宽为4 H K z 的载波机。2 3 1、模拟电力线载波机的主要特点音频部分主要采用频分技术。信道部分采用S S B 调制，即单边带调幅模拟调制方式。利用频分技术可提供一路话音和一路数据，即一路窄带话音(O 3 2 O K H z)、一路低速数据(速率一 6 0 0 b p s)。2 3 2、数字式(数字化)电力线载波机的主要特点数字化电力载波机是在模拟载波机的基础上，利用数字复接技术进行多路复接，达到扩容的目的。音频部分采用T D M 加T C M(时分复接、网格编码)或D S P 等数字技术，即音频部分采用多路数字复接器。第1 5 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机信道部分采用S S B 调制，即单边带调幅模拟调制方式。可提供多路语音和多路异步数据(理论上，但实际达不到)。2 3 3、全数字电力线载波机(D P L C)的主要特点全数字电力线载波机使用全新的数字调制解调技术，音频部分采用数字编码和压缩，高频部分不在使用二次调制的方式，而使用全数字调制，提高了信道利用率。音频部分采用T D M+T C M(时分复接、网格编码数字技术)，即音频部分采用多路数字复接器。信道部分采用O P Q S K 数字调相等高效数字调制技术。可提供多路语音和多路高速异步数据(目前市场上最多6 通道)。三类载波机的比较见表2 一l表2-1 三类载波机的比较载波机类型模拟数字化全数字系统容量1 话1 数6 路(数据话路灵活配置)6 路(数据话路灵活配置)频谱利用率低高高数据数率1 2 0 0 b p s0 3 1 9 2 k b p s 可设置0 3 1 9 2 k b p s 可设置音转，存在噪中继方式再生中继，具备D I 功能再生中继，具备D I 功能声累积由于信道采用全数字调对信道的要求非常严格：制，数字解调对传输信号最大的带宽有再生功能，可以对信号对信道的要对信道的要求高S N损伤有所修复，并对线路求较低平坦的振幅传输特性采用了自动数字均衡技线性相位特性术，对信道要求等同于模拟系统线路适应能力好较差好传输可靠性不易中断线路情况变差时易中断不易中断通话质量差较好良好数据传输误码率高误码率较高误码率低第1 6 页共6 3 页电子科大硕士学位论文：多路数字电力载波机第三章多路数字载波机系统结构3 t、设计要求及研究范围3 1 1、运行环境该电力线载波机使用在I O K V 5 0 0 K V 输电线路的中高压载波机，工作频率范围为4 0 K H z 5 0 0 K H z，工作带宽分为发送和接收2 个频段，发送频率为O 4 K H z，接收频率为O 4 K H z。3 1 2、设计要求及指标本装置由二路语音四路数据接口及复接单元和P L C M O D E M 组成。具有简单网管理功能。总的指标不低于新西兰D I G I T E C H 公司M 2 2 0 复接器与P L CM O D E M 组成的载波机。数据通道：R S 2 3 2 同步异步兼容。自适应，速率3 0 0 4 8 0 0 b p s；透明通道。误码率1 0 6。时延尽可能小。能关闭任意一路，经受权后方能起用。语音通道：4 W E M 接口。D T M F D P 兼容。回波抑制。语音质量达到M