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电源模块之低压电力线载波通信(PLC)技术

作者:广州市爱浦电子来源:原创 日期:2018年11月30日 08:56

电力载波通讯即PLC,是英文Power

line CommunicaTIon的简称。 电力载波是电力系统特有的通信方式,电力载波通讯是指利用现有电力线,通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递。

电力载波特点

PLC的最大特点:

1、不需要重新架设网络,只要有电线,就能进行数据传递,无疑成为了解决这智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭这个范围中传输,远程对家电的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电方式实现,PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块。

2、相对于其他无线技术,传输速率快

电力载波缺点

电力线载波通讯因为有以下缺点,导致PLC主要应用--“电力上网”未能大规模应用:

1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;

2、三相电力线间有很大信号损失(10 dB

-30dB)。通讯距离很近时,不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输;

3、不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同,耦合方式有线-地耦合和线-中线耦合。线-地耦合方式与线-中线耦合方式相比,电力载波信号少损失十几dB,但线-地耦合方式不是所有地区电力系统都适用;

4、电力线存在本身固有的脉冲干扰。使用的交流电有50HZ和60HZ,其周期为20ms和16.7ms,在每一交流周期中,出现两次峰值,两次峰值会带来两次脉冲干扰,即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰,干扰时间约2ms,因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法,但由于过零点时间短,实际应用与交流波形同步不好控制,现代通讯数据帧又比较长,所以难以应用;

5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时,线路阻抗可达1欧姆以下,造成对载波信号的高削减。实际应用中,当电力线空载时,点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时,只能传输几十米。

 

电力载波通信原理介绍

电力线载波通信调制技术概述

  1、电力线载波通信是指利用现有的电力线,通过载波方式将模拟信号或数字信号进行高速传递的技术,在电力线载波通信系统中最基本的一项任务就是根据通信信道的不同选择不同的调制方式。

  2、一般来说,基带信号含有直流分量和频率较低的频率分量,往往不能作为传输信号在信道中直接传输,因此,必须把基带信号转变成为一个相对基带频率而言非常高的带通信号(已调信号)以适合于信道传输。

  3、一个通信系统的质量再很大程度上依赖于所采用的调制方式。调制时为了使信号特征与信道特征相匹配,因此,调制方式的选择是由系统中信道特性来决定的。显然不同类型的信道特征,将相应存在着不同类型的调制方式。

 

 

电力线载波通信信道的基本特征

  1、时变衰减较大。对于一般用户,我国采用的是220V交流两线供电。由于电网上负载的不断接入和切除,马达的停止和启动,电器的开和关灯各种随机事件,使信道特性具有很强的时变性。

  2、信号变化复杂。实际测量表明在电力线上不同位置并联诸多不同性质的负载对信号的传输影响很大,随着负载在电力线上的连接断开,在不同的时刻信号衰减也会表现出不同的特点,即负载的变化是随机的,所以信号衰减也会随机发生变化。

  3、干扰噪声多样。电力线载波通信的最大干扰是噪声,其主要来源是电力网上的所有负载、无线电广播、天电等等。电力线的噪声在室内和室外有所不同,但大致可分为五类:有色背景噪声,这类噪声主要来源于交直流两用电动机,其功率谱密度随着频率增加而减小,变化缓慢;窄带噪声,主要由电力线的驻波或谐振和短波广播所致,其功率谱密度在该频段内几乎保持不变;与工频异步噪声,来源于电力线上的一些电子设备,主要分布在50Hz~200Hz;与工频同步噪声,一般由工作在电网频率的开关器件造成其噪声频率为工频或其整数倍,持续时间长,频率覆盖范围广,功率大,功率谱密度随着频率上升而减小;突发性噪声,主要由电器突然开关噪声,出现的时间是任意的,其噪声功率谱密度高,持续时间短,频谱宽。

  总之,针对电力线载波通信信道的以上特点,已调信号应具有高的频谱利用率、抗噪声和抗干扰能力强、适宜于在衰落信道中传输等特性。高的抗干扰和抗多径衰落性能,要求在恶劣的信道环境下能够很好的工作,经过调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或者误码率较低。

低压电力线载波通信(PLC)技术简要说明

     低压电力线载波通信(PLC)技术利用现有低压供电线路实现数据传输, 具有无需重新布线、节省系统建设成本、实用方便等优点, 在自动抄表、照明控制、智能小区、智能大厦、家庭网络、家居智能控制、家庭安防等方面被广泛应用。

     从技术上讲,PLC是将数据信号调制到一定的载波频率上(中国低压电力线载波通信专用频段为3-500kHz),信号通过电力线传输。

电力线信道特点

       由于各种电器的接入, 低压电力线网络对于数据通信而言环境十分恶劣。主要表现在:

·      

线路阻抗低, 衰减大, 而且随时间不断变化

·      

干扰强, 噪声大, 而且随时间不断变化

·      

典型的干扰和噪声源包括开关电源, 节能灯, 各种电器等. 而信号衰减则来自线路阻抗, 电器接入阻抗, EMC电容, 相间藕合等.

电力线载波通信调制技术

·      

合适的物理层调制方式对在电力线载波信道中实现可靠的数据传输十分重要。 FSK是一种常用的传统调制方式, 也可以与直接序列扩频(DSSS)联合使用. 这种传统的单频调制在抗频率选择性干扰的能力上有局限,其次就能实现的通信速率很低,通常在500bps以下。

OFDM正交多载波调制是一种先进的调制技术,已成为新一代电力线载波通信的主流技术。在500kHz 频段内实现的OFDM电力线载波通信系统通常称为窄带OFDM系统(相对于工作在2-30MHz的宽带OFDM载波系统-BPLC)。

OFDM将工作带宽划分成多个相互正交的子载波(通常数百个甚至上千个)。经过信道编码后的数据映射到这些子载波上同时传送。与上述传统的调制技术相比,OFDM载波技术具有以下优势:

·      

抗噪声及抗干扰能力强,通信可靠、稳定

·      

对电力线信道的变化具有自适应能力,当个别子载波受到干扰时仍可能成功通信

·      

数据速率高,通常在几十kbps以上

力合微电子电力线载波技术

       力合微电子在OFDM电力线载波技术及市场处于领先地位,是国内第一家推出OFDM载波芯片的公司,采用国内外领先的1280子载波OFDM技术,具有国内外领先的性能。

       力合微电子利用其在通信领域的核心技术,国内领先的算法团队及超大规模集成电路芯片设计团队,已推出专门针对国内电网环境而优化设计的系列电力线载波芯片产品。力合载波芯片在500kHz频段内支持用户根据实际应用需要而设置的载波频率,使用灵活。芯片集成度高,内置MCU,可运行用户定义的网络通信协议及应用程序。芯片集成接收前端模拟电路, 所需外围器件少,使用方便。

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