窄带电力线通信技术-longsy

1、精品1. 窄带电力线通信技术：1) 中压窄带载波一般采用 10-500KHZ频段2) 速率150-2400bps ，采用 OFDM 调制可达100kbps 以上3) 传输距离较长，架空线路距离大于 10km4) 调制技术FSK、PSK，新型技术采用OFDM近年来，随着低压电力线载波通信技术逐步完善，国内有十余家企业专注于技术开发和应用，采用的技术主要有扩频加窄带频移键控( FSK)、扩频加窄带相移键控(PSK)、正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing ，OFDM )等，在用电信息采集、智能家居能源管理、楼宇监视和路灯控制等领域均有大规模

2、的应用。国内比较主流的低压电力线窄带载波通信技术方案及应用如错误!未找到引用源。所示：表1国内比较主流的低压电力线窄带载波应用现状中心频率调制方式频带宽度(kHz)波特率(bps)典型厂商数量(万只)市场占有率270kHzBFSK+扩频30100-800青岛东软2,431.2434.86%421kHzBFSK+扩频4050-1.2k青岛鼎信1,828.8226.22%120kHzBPSK+扩频15250/500北京福星晓程1,601.6122.96%76.8kHzQPSK+扩频32200-1.6k上海弥亚微电子211.983.04%除了以上低压电力线载波通信方案，近两年在国家电网集中招标中也出

3、现过100kHz、175kHz、300kHz等多种频率方案，由于大部分通信厂家采用各自的企业标准，频率选择、调制方式、传输技术及组网技术各有特点，难以实现互操作问题。国内窄带电力载波通信技术发展现状、国内现有载波通信技术特点现有的低压载波通信芯片的技术特点可以从调制方式、 传输速率、通信频率、通信功率、 EMI 标准、 芯片技术等方面来分析。1.调制方式与传输速率 目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有： 直接序列扩频、 线性调频 Chirp 和正交频分复用 OFDM 等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。国内 载波通信产品主要采用 直接序列扩频技术 。其中 东

4、软为 FSK， 15 位直序列扩频通信； 福星晓程 DPSK 63 位直序扩频； 弥亚微为 QPSK 扩频调相、过零同步、分时传输； 鼎信为二进制连续相位移频 FSK，过零同步、分时传输。上述各家的扩频技术各有不同特点。对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。 目前这四家中， 传输速率 分别为：弥亚微，同时提供 200、 400 、 800 、 1600bps 四种可变速率； 东软： 330bps ；福星晓程： 250/500bps ； 鼎信： 100bps 。按照现阶段现场实际应用状况来看 100 至 500bps 速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控 制（断送电）和管理功

5、能则需要提供更高速率保证。2. 通信频率关于通信频率，在美国由联邦通信委员会 FCC 规定了电力线频带宽度为 100450kHZ ；在欧洲由欧 洲电气标准委员会的 EN50065-1 规定电力载波频带为 3148.5kHZ 。这些标准的建立为电力载波技术的 发展做出了显著的贡献，目前全球 AMR 系统均采用该频段标准。国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为 2 家， 分别是福星晓程 120KHz 和弥亚微 57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz 三种可选。3. 通信功率及 EMI 指标国内东软、福星晓程、鼎信等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法

6、。在实际产品化的过程中，基本上做到3W至5W，有的电表厂甚至做到了 8W，这种做法是绝对不可取的。首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成 大量的能源浪费 ，这也有悖于国网公 司上集抄系统的初衷；其次，如此大的功率传输将会 严重污染 电力线信道环境， 我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者， 现在却也能成为最大的制造者。就目前研究了解的情况，国内只有 弥亚微 的载波芯片 Mi200E 采取低功耗设计。其发送信号时的功率 仅为 0.4W ，在保证可靠的通信性能的同时该芯片 EMI 等相关指标满足欧洲标准。4. 芯片技术严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企

7、业，像东软和鼎信 均是采用MOTROLA 的 MC3361 单片机通过软件完成物理层、 MAC 层、网络层的模式。其优点是降低了研发难 度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。福星晓程和弥亚微均是完全自主开发的载波通信芯片产品。二、国内载波芯片产品分析青岛东软该公司是国内较早对低压载波进行投入的厂家，目前市场分额较大。主要产品主要特点是：采用FSK调制方式，信号频率为 270K ;软件相关器和匹配滤波器，63位码序列，码速率 20.8k 波特；自适应数字信号处理和模糊处理技术，具备前向纠错功能；帧中继转发机制，支 持 3 级中继深度。但东软的载波方案 不满足相

8、关国际标准 ，通信模块的 EMI 特性难以满足 ，会对电网带来比较大的谐波 干扰。同时，由于使用 MC3361 单片机的模式，载波方案的 集成度不高 。同时由于外置功放的使用，外 部分立元器件一致性问题的影响， 带来调试， 安装，现场施工的一系列问题， 从而会对集抄系统的稳定性， 可靠性带来影响。福星福星晓程福星晓程于 2000 年前后推出载波 ASIC 芯片，其 集成度比东软的要高 ，在国内的份额同东软差不多。 其产品 PL3105 采用的是 PSK 调制直序扩频方式 ，载波频率为 120K ，码元速率 500bps ，伪码为 15 的 M 序列。它内部集成了 2 路 16 位的 A/D ，

9、 LED/LCD 显示控制模块， 3 个定时器， 2 个多功能串口。由于 PL3105 采用数字解调、解扩， 抗干扰性能好于东软 ，在实际使用中物理层的 通信距离较好 。但 其载波芯片实质是一个带载波 MODEM 的单片机，只有物理层，链路层、应用层需要各厂家自己开发，加 大了开发难度和开发周期;同时由于各厂家的链路层协议不尽相同，出现了同是采用福星晓程芯片也未必能互联互通 的尴尬局面。另外其推出的中继算法不太实用也限制了其的发展。弥亚微电子弥亚微电子的 Mi200E 是国内目前 唯一一款 既满足 国内 市场需求，又符合 国际 标准的高性能载波通信 -H-丄芯片。Mi200E 采用了 直接序列

10、扩频、数字信号处理、数字功率放大 等新技术，该电路应用在电力线通信方 面具有 较强的抗干扰及抗衰减性能 。 MI200E 是内部集成了扩频解扩、调制解调、输入信号整形放大、数 字功率放大器、市电检测、高性能带通滤波器、数模转换接口以及与单片机(MCU) 串口通信等功能。同时为上层网络协议提供载波侦听和有效帧指示信号。Mi200E具备可变扩频增益，提供200、400、800和1600bps四种不同的通信速率，满足现场的各 种需求;三种可选的载波频率; 低功耗设计 ,最大发射功耗仅为0.4W ; Mi200E 符合 EN50065-1 以及IEC61000-3-8 标准所规定的低压电力线载波通信信

11、号频段以及 EMI 的要求。过零同步传输技术是弥亚微高性能载波通信芯片Mi200E的核心技术。Mi200E以电力线的过零时间为时间基准进行信号同步，使通信信号工作在以零点为中心的 6.6ms 时间内。该区域电网噪声最弱，网上 干扰最小，负载阻抗较轻，在这段时间里进行通信避开了电力线上负载较重的时间段，同时解调算法采用 时间分集的方式，大大提高了通信的稳定性和可靠性;同时也能保证各相之间不能相互通信，使主站能够 正确区分每一个电表的相别;不同相别的准确区分为中继的实现提供了可靠的保证，且由于跨相抄收而引 起的中继不稳定现象得到了根除。Mi200E 应用电路简单，内置数字功放大大减少了载波电表的外

12、围电路器件要求，在大批量生产时保 证产品一致性好，调试容易，可靠性高;同时有效降低 BOM 成本，后期维护成本大大降低。不仅如此，弥亚微还为电表厂提供具备“ 自动路由、自动中继、自我学习 ”机制的高效载波通信网络 协议配合 Mi200E 的应用。青岛鼎信这是一家新成立的公司，其核心技术人员均 来自于青岛东软 ，目前的技术方案实际是以吉林省公司为 主导提出、由鼎信来具体实现和加以完善。鼎信产品主要特点：软件相关器和匹配滤波器，80位正交码序列；扩频通信技术；高效率前向纠错； BFSK调制、半双工通信；码速率每相50bps、100bps ;帧中继转发机制，数据链路层支持中继深度可达 32级；接收信

13、号强度权重参数指示，为中继搜索算法提供支持，提高通信系统稳定性；四层网络结构： 物理层、数据链路层、网络层、应用层，其中应用层通信协议针对DL/T645-1997 通信规约进行了专门优化；鼎信是继弥亚微之后，第二家采用过零同步传输技术的载波通信方案提供商。其以电力线的过零时间 为时间基准进行信号同步，使各相工作在以本相零点为中心的3.3ms时间内。鼎信的不足在于：第一，其传输速率仅为50,100bps，该速率仅能做为抄表应用，如果想实现远程控制和智能电网管理 功能则会力不从心，这是一个潜在的隐患。其二，中心频点 过高。传输频率：421.1KHZ ，超过欧洲标准，随着国内标准化进程的逐步加强是潜

14、 在的风险。其三，通信模块的发射功率大，从而载波电表的功耗较大， 难以满足国网规约对表计的整体功耗要求； EMI特性难以满足，会对电网带来比较大的谐波干扰。其四，与东软的载波方案类似，由于使用MC3361 +单片机的模式，载波方案的 集成度不高。同时由于外置功放的使用，外部分立元器件一致性问题的影响，带来调试，安装，现场施工的一系列问题，从而 会对集抄系统的稳定性，可靠性带来影响。三、结论综上所述，目前国内主要的载波通信芯片产品仍然处于快速成长阶段，各种技术方案均有很大的发展 空间。作为后来居上的新技术方案代表的弥亚微，其可靠性与满足国际标准是其他方案所不具备的优势，应该予以大力推广。其我们必

15、须坚持实事求是，以科学的发展观，客观评价每一项技术方案，每一款载波 通信芯片和每一个成长中的载波通信技术创新企业，为国内集抄市场的发展和智能电网的建设奠定良好的 基础。四、国内载波通信芯片参数简表品牌青岛东软福星晓程弥亚微青岛鼎信成立时间1993 年2000 年20042008 年规模约占市场60%约占市场30%约占市场5%无规模应用-FP- I_L. 心片型号ES16T /PLCi36FSSC16/ES16U PLCi36C/PLCi36M PLCi36D /ES16W ES16WH /ES16UHPLCi36CEES16UH-III/ES1631/ES1630PL2102PL3105PL3201PL3106MI200EMI210MI211MI500TCM081TCC081TCS081调制类型FSK63 位直序扩频DPSK，15 位直序列扩频通信QPSK扩频调相、过零同 步、分时传输二进制连续相位移频FSK过零同步、分时传输中心频率270kHz120kHz57 . 6kHz , 76.8kH