电力线载波通信技术

越窄 ， 对信号的耦合性能越差 ， 但是选择性较好 。 选
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Ｎ ＯＲ ＴＨ ＣＨＩ ＮＡ Ｅ Ｌ ＥＣ ＴＲＩ Ｃ Ｐ ＯＷＥＲ
发送 到接收 的全过程 ， 这正是 电力线载 波通信技术
所 涉及 的重 点 和 难 点 。
更新型的载波通信技术 。 线载波通信技术 出现于 ２ ０ 世纪 ２ ０ 年代初期 。 而 电力线载波则 以电力线路为传输通道 ， 通过载波
１ 载 波模 型
为了更好地理 解载波通信 的传输与发送 的特 性， 首先要 了解载波通信 的基本原理 ， 以载波接 收 发送 实验为例 ， 以便提供 比较感性的实验材料 。 图１ 为实验 电路图。
一 一 一
图３ 电力线 电阻增加 时的频 率响应 曲线
择 低 压 电力 线 通 信 接 口电路 的 中 心 频 率 可 以兼 顾 耦 合 性 和 频 率选 择性 两 个 方 面 的 要 求 ， 并 且 满 足 载 波 发 射 高 阻 抗 的 要求 ， 提 高 系统 的抗 干 扰 能 力 。使
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图 １ 实 验 电 路 罔
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人们一直试 图通过它传输数据或者语音信号 。 由于 不是为通信铺设 的， 故其特性往往较难直接满足载
波通信的要求 ，主要体现在两个方面 ：
（ １ ）电力 网络 的阻抗特性 及其衰 减制约 了信 号的传输距 离 ， 这与通信信道的物理长度和低压电
网 的阻 抗 匹配相 关 。
段， 它可以短时间传送大量的信息。伴 随着电子元
摘
要： 对 电力载 波通 信技术 进行 了阐述 ， 并对 其进 行 了分析 。 介 绍 了其基本 的通信 原理 ， 传输 方 式 ， 硬 件结 构 ，
软件设 计 ， 及 其在 实践 中的应 用情况 。
关 键词 ： 通信 ； 载波； 采集 ； 处理 ； 接收； 发送 中图分类 号 ： ＴＮ９ １ ６ ． ５ ２ 文献 标识 码 ： Ｂ 文 章编号 ： １ ０ ０ ３ — ９ １ ７ １ （ ２ ０ ０ ５ ） ０ ２ — ０ ０ ４ ３ — ０ ５
力线路传播至接收部分 （ 见图２ ） ， 通 过 Ｃ１ （ 图１ ） 并
ＲＣ
４ （ １ ～ ＬＣ） ＋ （ ＲＣ）
根 据 电压转 移 函数 ， 可对 端 口 网络 进行 计 算 机 仿 真分 析 。 着重 分 析 在 不 同 的 低压 电力 线 阻抗 条 件
由Ｌ １ 、 Ｃ １ ０ 构成的选频 电路取 出１ ３ ５ ｋ Ｈ ｚ 信号 。 该 信号 Ｑ３ 放 大并 整形 至幅度 为 １ ２ Ｖ 的方 波信号 。
的方式将模拟信号或者数字信号进行高速传输 ， 具
有通道 可靠性高 ， 路 由合理 ， 可同时复用 远动信号 的优点 ， 是唯一 不需要线路投资的有线通信方 式 。
低 压 电力 线是 为 传 输 ５ ０ Ｈｚ的 工 频 电 能 而 铺
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随着科学技术 日新月异的发展 ， 通信 已经成为 电子 电路设计中不可或缺的一个重要的方 面 ， 通信 技术和通 信产业 是 ２ ０ 世纪 ８ ０年代以来发展最快 的领 域之 一。通 信技术是 克服 空间限制 的主要手
设的 ， 是 一种 分 布 非 常 广泛 的线 路 资源 ， 长 久 以来 ，
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电力线 载 波通 信 技术
杜 琼 ， 周 一届
（ 江 南大 学 Ｆ ＲＥ ＥＳ Ｃ ＡＬＥ驻 中国 电能 表 实验 室 ， 江 苏 无锡 ２ １ ４ ０ ０ ０ ）
载波的发射部分还是 在接收部分 ， 都使用了耦合 电 路 来对信号进行处理 。 实验模型采用阻容耦合与 电 磁耦合相结合的复合耦合技术 。 对耦合 电路模型分
析， 可 以得 到 如 下 式的 双 口 网络 的 电压 转 移 函数 ： Ｈ（ ）Ｉ 一 Ｕｏ
一
Ｄ １ 、 Ｄ ２ 、 Ｄ３ 、 Ｃ ５等构成 电压为３ ０ Ｖ 的电源部分 。 当 按下发 射按 钮 Ｐ １时 ， 在 Ｌ１的 副 变 感 应 出 的 １ ３ ５ ｋ Ｈ ｚ 的振荡信号通过 Ｃ １ 注入 电力线路 网络 。 １ ． ２ 接 收部 分 由发射 部分 过来的 １ ３ ５ ｋ Ｈｚ 的正弦波通过 电
器件集成度 的提 高 ， 模块 化的产 品越来越多 ， 随之
而来 的是 设 计 开 发效 率 的大 大 提 高 ； 一 些 比较 先 进
的通信技术也逐渐得 到应用 ， 并且形成了一定的规 模产品。在电力 系统当中 ， 电力线载波通 信技术已 经有 了比较 广泛的应用 ， 低压载波、 高压载波 、 超 窄
脉 冲损坏Ｑ３ 。 Ｄ９的作用是过滤掉信号中的负极性 部分 ， 并由 Ｑ４驱动发光二极管工作 。 Ｃ ９ 是用来保 持输 出部分的平稳 ， 过滤掉信号 中的残余部分 。
电路 的通频带越宽 ， 对信号 的耦 合性 能就越 好 ， 但
是选择性 较差 ； 电力线阻抗越 小 ， 接 口 电路 通 频 带
４ ． ５ 处 为 耦 合 电 路 中心 频 翠
Ｆ Ｓ Ｋ 广 泛 应 用 于 中低 速 的 远 程 数 据 通 信 ， Ｆ Ｓ Ｋ 信 号 由频 率 调 制 器 产 生 不 同 的 频 率 ， 常 用 的 是 和 ｆ ｚ ２种 频 率 ， 其中 厂 代表码元 ０ （ 又 称 空 号） ， ｆ 代 表 码元 １ （ 又 称 传号 ） 。 调 制 数 据 的码 元 决 定 频 率调 制器 的 输 出频 率 。实 现ＦＳ Ｋ 的方 法 有 ： 选 择法 、 调频法 、 数 字 调 频法 ， 其 中数 字调 频 法 是 最 先 进的方法 ， 其 原 理框 图见 图 ４ 。
带载波 、 宽带 电力线载波 、 扩 频 技 术 等应 用 于 电 力
（ ２ ）低 压电力线上 的噪声干扰制 约 了信号 的
传输 质量 。 噪声 干 扰 主要 来 自与低 压 电 网 相连 的 负 载， 以及 无 线 电 的 wk.baidu.com扰 。在 这 样 的恶 劣 的 电力 线 通
信环境下 ， 很难保证 数据 传输的质量 ， 并且 电力线 通信的噪声和信号衰减是随时 间而变化的 ， 很难找 到其变化的规律 ， 所 以在利用电力线进行 信号 的传
Ｄ７ 、 Ｄ８构 成 限 幅 电路 ， 保 证Ｑ １ （ 图１ ） 的基 极 峰 值 电 压小 于 １ Ｖ， 以 防止 电力 线路 网 络 中 各 种 异 常 干 扰
下的频率特性 ， 这也是评价接 口电路耦合性能 的重
要指标 。 仿 真 显 示 了 当 电力 线 电阻逐 步 增 加 时 的频 率 响 应 曲线 ， 如 图 ３所 示 。 由分 析 结 果 可 以看 出 ： 电力线阻抗越大 ， 接口
电路 既有较高的载波信号的加载效率 ， 又能够完全 隔离电力 网 ５ ０ Ｈ ｚ的工频信号 。 由此可 以对载波 的通信原理 有一个了解 ， 载波 通信通过 发送 端发送调 制信号经 由通 信信 道至接
收 端 解调 出信 号 完 成 一 次通 信 。 遵 从 香 农 模 型 以及 通 信 的基 本 理 论 ， 通 过 载 波 传送 模 拟 的 信 号 ， 需 要
Ｐｏ ｗｅ ｒ — ｌ ｉ ｎｅ Ｃａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ Ｃｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｄｕ Ｑｉ ｏ ｎ ｇ ， Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｙｉ ｊ ｉ ｅ
（ ＦＲＥＥＳ ＣＡ ＬＥ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｉ ｎ Ｃｈ ｉ ｎ ａ
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Ｆ Ｍ 和扩频通信的方式 。由于数据信号信 噪比决 定 数据传输距离的远近 ， 目前 电力线载波通信 依靠功
能强 大 的 载 波模 块 ， 其 所 要 完成 的基 本 功 能是 调 制
和解调信号 ， 也就相 当于 １ 个 ＭＯ Ｄ Ｅ Ｍ 。这些模块
所 采用 的技术 有： ＦＳ Ｋ 方式 的调 制解 调； 扩 频 （ Ｃｈ ｒ ｉ ｐ方 式 ） 调 制 解调 ； 现 代 ＤＳ Ｐ技 术 ； ＣＳ ＭＡ 技 术 。 其最 根 本 的 环 节就 是 调 制 与 解调 信 号 ， 难 点 是 信号 的有 效 传 输 与信 号 的 真 实 还 原解 调 。
ｋＱ ｌ ｌ７
８
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上
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图 ２ 发射 接收部 分 电路 图
１ ． １ 发 射部 分
由上 述 电力 线 载 波 模 型 可 以看 出 ， 无论 在 电力
发射部分 （ 见图２ ） ， 由Ｑ１ 、 Ｑ２ 接成复合管的形
式， 组 成频 率 为 １ ３ ５ ｋ Ｈｚ的 哈 特 利 震 荡器 。 由Ｃ２ 、
线载波通 信中， 形成了多样化 的载波通信产品与技
术。 每 一 先 进 的 技 术都 有 其 自身 的优 缺 点和 传 输 特
性， 并且在一定的领域得到应用 。本文对载波通信
技 术 的发 展 以及 方 向进 行详 尽 的 阐 述 ， 并 提 出一 些
输时 ， 必须对信号进行 一定的处理 ， 并贯 穿从信号