窄带电力线通信技术-longsy教程文件

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10km

4）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（Orthogonal Frequency 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

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

一、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100~450kHZ；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3~148.5kHZ。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。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，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芯片。

Mi200E采用了直接序列扩频、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。