力合微多载波抄表系统

新一代多载波抄表系统

Version 2.0

目录

一、前言 (3)

二、低压电力线载波自动抄表介绍及现状分析 (4)

1. 低压电力线载波抄表技术现状及发展趋势 (4)

2. 电力线载波信道特点及调制技术 (5)

3. 分布式路由自组网技术 (5)

4. 其它自动抄表技术 (6)

5. 自动抄表系统的互联互通 (6)

6. 现有载波技术分类及比较 (6)

三、清华力合正交多载波自动抄表系统 (10)

1. 正交多载波技术 (10)

2. 其它抗干扰技术 (10)

3. LME2200C载波芯片主要特点 (11)

4. 基于LME2200C的载波自动抄表系统 (11)

5. 载波网络路由技术 (13)

6. 载波电能表模块化设计 (15)

7. 对应用层协议的支持 (16)

一、前言

随着电力公司对用供电管理的标准逐步提高，原有的人工抄表已经不能满足管理的要求，尤其对于线损的管理，线损的盈余是供电公司利润的重要来源，由于人工抄表实时性差、人为误差等诸多因素导致线损无法正确计算，因此自动抄表技术和系统(简称AMR）开始逐步被电力公司所采用。

自动抄表从传输媒介以及采用的传输技术上来说，可分为无线自动抄表、485双绞线自动抄表、电话线自动抄表、光纤自动抄表、电力线载波自动抄表等。无论是485双绞线、电话线、还是光纤自动抄表都需要额外铺设通信线路。即使在有的地方通信线路已经具备，如电话线和光纤，仍需要额外支付租用费用，而且通信线路后期的维护工作量较大。而无线自动抄表在城市里由于建筑物较密集，特别对于处于地下的部分用电用户（如：地下商场、车库、地铁等），由于信号受到屏蔽或阻挡，导致无线方式无法通讯，所以“盲区”较多，因此得不到较大范围的应用。同时，无线电频率的使用及管理也是一个问题。相对于其它传输媒介，电力线路通向千家万户，本身已与电表相连，而且是属于电力公司的固有现成资源，无须租借，无须重新铺设，因而利用电力线及载波技术进行自动抄表成为电力公司自然的选择。

然而，由于电力供电线路上干扰大，噪声大，对信号的衰减大，负载阻抗小，而且随时间、季节以及地点不断变化，因而对利用电力线进行可靠的数据传输提出了很大的挑战。而这些问题的解决必须依靠先进的通信技术、调制技术、编码技术以及网络技术。由于采用了先进的技术，电话线MODEM的可靠数据速率从原来的每秒几千比特提高到了目前的数兆比特；由于采用了更先进的技术，移动电话网进入了3G时代，支持移动多媒体通信；由于采用了先进的技术，原来传送一路电视的8MHz带宽今天可以传送近十路数字电视，而且可以使用微型天线在高速移动下可靠接收，多亏新一代多载波调制技术。低压电力线载波通信由于市场发展及研发投入上的种种原因，导致目前的系统大都还在采用传统的简单技术（如：FSK或BPSK），虽在某种程度上解决了自动抄表的一些问题，但在实际应用中也呈现出了种种局限性。载波自动抄表系统性能的进一步提高以及问题的根本解决需要采用新一代更为先进的调制技术及网络技术，并同时利用现代半导体及集成电路芯片技术使技术复杂度大幅度提高的情况下成本仍能满足市场的要求。

本文件介绍基于清华力合新一代正交多载波调制技术以及专用芯片的电力线载波自动抄表系统。

二、低压电力线载波自动抄表介绍及现状分析

1. 低压电力线载波抄表技术现状及发展趋势

目前所说的自动抄表对象主要是指～220v/380v低压电力用户，并且目前的绝大部分载波抄表技术仅能够在低压台区内通讯，所以电力线自动抄表也称为低压电力线载波自动抄表。在一个台区内，集中器及电表终端组成一个局部网络，各台区集中器再通过广域数据网（一般是利用现有电信网络）将数据上传。

低压电力线载波自动抄表在国内已经有二十几年的发展历史了，在相互依赖的两个技术层面不断改进。一是通过改进物理层传输技术改善点对点通信能力及可靠性，例如从简单的ASK到抗干扰性能更好的FSK、PSK及扩频技术，再到目前的新一代正交多载波技术；二是通过网络技术上的进步改善整个系统的通信能力及可靠性，例如从简单的点对多点（带中继或不带中继）的轮询方式，到分布式路由自组网技术。从目前国内外的发展趋势看，在恶劣信道环境下取得巨大成功的多载波技术（特别是加上自适应技术）与分布式路由自组网技术相结合正在成为低压电力线自动抄表的主要潮流。下面简要介绍一下目前的电力线载波自动抄表中的点对点通信技术及网络技术的特点。

点对点通信是电力线载波自动抄表系统的基础。一直以来，载波自动抄表行业人士一直致力于如何将点对点通讯能力提高，以提高自动抄表的实时性及可靠性。在调制方式上，先后采用过FSK和BPSK调制方式，从单一频率的窄带通信到扩频通信，再回到窄带通信，从国外芯片再回归到国内芯片，反反复复做了无数个实验，虽然在一定的条件下取得了一定的效果，但在很多情况下也显现了种种局限性而无法达到希望的性能，这就是载波自动抄表从上个世纪80年代末期到本世纪初十几年的时间都没有得到市场的普遍认可而没有获得大范围应用的主要原因。为了追求点对点通讯能力，有的不惜加大发射功率，给电网造成了二次污染；也有的以降低通讯速率为代价换取点对点的通讯能力的提高。

另一方面，由于点对点通信能力不能满足集中器到电表终端直接通信的要求，中继的概念应运而生，即由集中器传向目的电表终端的信息（或反向信息）通过中间多个中继点进行“接力”最终到达目的点。目前系统中使用的这种中继方式存在一系列局限。首先，从集中器到网络中的电表终端存在“无数”个路径，这些路径必须由集中器维护并动态更新。由于寻找中继路径完全是由集中器以“点名方式”进行，其工作量随着中继深度的增加以几何方式增长，寻找以及更新路径效率低下，同时也限制了最大中继级数；第二，由于中继器本身并没有路径择优和自我主动转发的意识，路径及中继命令完全由集中器在下发的信息中指定，也就是说路径上所有中继点的标识都必须包含在下发信息中。由于按国家标准电表标识由6个字节数据组成，因此对于N级中继则需要占用6*N个字节。由于载波本身是一个低速通信网，N太大将是通信效率变得极低，同时增加通信的不可靠性。因此，目前的系统大都把最大中继级数限制在3级，但这在很多情况下显然不够。

尽管存在以上问题，中继方式抄表在一定程度上解决了在点对点通信能力一定的情况下