摘要：本文根據(jù)我國(guó)低壓電力線特性設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RISE3201的電力線通信系統(tǒng)，在低壓電力線載波通信模塊軟件功能設(shè)計(jì)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)基于低壓電力線網(wǎng)絡(luò)通信信道編碼技術(shù)進(jìn)行探討與研究，并通過(guò)協(xié)議的編制以實(shí)現(xiàn)通信。

　　關(guān)鍵詞：電力線通信,載波,可靠性

　　引言：

　　電力線通信技術(shù)(Power Line Communication)簡(jiǎn)稱(chēng)PLC,是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號(hào)的一種通信方式。在實(shí)際信道傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，由于信道的傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，接收的信號(hào)不可避免地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。通過(guò)對(duì)目前比較常用的載波通信方法進(jìn)行比較，進(jìn)而為通信信道編碼提供研究基礎(chǔ)，根據(jù)電力線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體環(huán)境情況進(jìn)行選取，并對(duì)低壓電力線設(shè)計(jì)方法加以改進(jìn)，以達(dá)到對(duì)低壓電力線上數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行差錯(cuò)控制的目的。在編碼方法的基礎(chǔ)上搭建基于RISE3201低壓電力線數(shù)據(jù)通信硬件和軟件部分。

　　1.編碼方法

　　在低壓電力線數(shù)字信號(hào)傳輸中，由于信道不理想以及加性噪聲的影響，傳輸信號(hào)碼元波形會(huì)變壞，造成接收端錯(cuò)誤判決。為了盡量減小數(shù)字通信中信息碼元差錯(cuò)概率，應(yīng)合理設(shè)計(jì)基帶信號(hào)并采用均衡技術(shù)以減小信道線性畸變引起碼間干擾(乘性干擾)。對(duì)于由信道噪聲引起的加性干擾，應(yīng)考慮采取加大發(fā)送功率、適當(dāng)選擇調(diào)制解調(diào)方式等措施。但是，隨著現(xiàn)在數(shù)字通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳輸速率的不斷提高，對(duì)信息碼元差錯(cuò)概率的要求也越來(lái)越高，并且信道帶寬和發(fā)送功率受到限制，此時(shí)就需要采用信道編碼，又稱(chēng)差錯(cuò)控制技術(shù)。

　　2 .低壓電力線載波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　低壓電力線載波通信系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，電力載波模塊使用PLC調(diào)制解調(diào)器連接到電力線，進(jìn)行信息交換。

　　3 .硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的核心是RISE3201,該芯片是一種智能控制網(wǎng)絡(luò)的單片系統(tǒng)芯片(SoC)，它利用分布最廣的低壓電力線作為通信媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)控制等功能�？蓮V泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表和負(fù)荷管理、工業(yè)自動(dòng)化控制、安防系統(tǒng)、交通運(yùn)輸自動(dòng)化、家庭智能化等領(lǐng)域。RISE3201的設(shè)計(jì)符合EIA-709.1、EIA-709.2等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。但要實(shí)現(xiàn)通信還需增加外圍電路，如耦合電路、實(shí)現(xiàn)濾波、功率放大功能的發(fā)送電路、實(shí)現(xiàn)濾波作用的接收電路等。如圖2所示。

　　3.1 發(fā)送電路

　　發(fā)送電路的功能是把經(jīng)調(diào)制并按一定協(xié)議打包的信號(hào)發(fā)射到電力線上。由于芯片輸出的載波信號(hào)達(dá)不到功率要求，所以需先經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，COMM MCU根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的頻點(diǎn)以使發(fā)送的信號(hào)衰減最小。發(fā)送電路如圖3所示。發(fā)送部分的作用是對(duì)RISE3201輸出的載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行濾波、功率放大，從而將處理后的信號(hào)以較高的效率傳輸?shù)降蛪弘娏�線上。

　　3.2 接收電路

　　載波信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電路、載波接收電路進(jìn)入RISE3201.接收電路配合RISE3201內(nèi)嵌的BPSK及DSP模塊，檢測(cè)并在接收鏈上消除脈沖噪音，高級(jí)的信道獲取算法保證信號(hào)低于噪音的情況下也能夠獲取信號(hào)。而芯片內(nèi)嵌的自動(dòng)增益控制劃分成模擬域和數(shù)字域，使RISE3201芯片能夠在很寬的范圍調(diào)整接收信號(hào)電平，如圖4所示。

　　3.3 耦合電路

　　耦合是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的電路元件或電網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過(guò)相互作用從一側(cè)向另一側(cè)傳輸能量的現(xiàn)象。耦合電路就是指參與耦合過(guò)程的電路。從電路來(lái)說(shuō)，總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電 容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻(特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈)，這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作，這就是耦合。

　　耦合單元是載波信號(hào)的輸出和輸入通道，當(dāng)RISE3201處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，耦合單元將RISE3201產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)送入低壓電力線上進(jìn)行傳輸;當(dāng)RISE3201處于接收狀態(tài)時(shí)，耦合單元在電力線上提取高頻載波信號(hào)以便進(jìn)行解調(diào)，同時(shí)阻止電力線的工頻電流進(jìn)入通信終端。

　　4.軟件設(shè)計(jì)

　　PC機(jī)通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)到Modem,Modem將數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，經(jīng)數(shù)據(jù)輸出口發(fā)射出去，再經(jīng)外圍的發(fā)送電路功率放大后，經(jīng)耦合電路發(fā)送到電力線上;接收端則是有耦合電路提取載波信號(hào)，輸入到Modem的數(shù)據(jù)輸入口，由Modem完成解調(diào)解擴(kuò)后，通過(guò)串口上傳至PC機(jī)。軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

　　5.結(jié)語(yǔ)：

　　總之在多種場(chǎng)合使用的低速(1200bps以下)電力載波已很普遍。利用輸電線路作為信號(hào)的傳輸媒介，人們利用電力線可以傳輸電話、電報(bào)、遠(yuǎn)動(dòng)、數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)方保護(hù)信號(hào)等。由于電力線機(jī)械強(qiáng)度高，可靠性好，不需要線路的基礎(chǔ)建設(shè)投資和日常的維護(hù)費(fèi)用，因此PLC具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在電力系統(tǒng)的調(diào)度通信、生產(chǎn)指揮、行政業(yè)務(wù)通信以及各種信息傳輸方面發(fā)揮了重要作用。

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