【導(dǎo)讀】收集資料,資料來源主要來自圖書館、校園網(wǎng)電子圖書期刊資料,撰寫主要參考文獻(xiàn)的摘要，翻譯外文參考資料。具誘惑的網(wǎng)絡(luò)接入解決方案。進(jìn)入通信和網(wǎng)絡(luò)市場，為其創(chuàng)造新的利潤。抄表、需求側(cè)管理、負(fù)荷控制、實時計費(fèi)及實現(xiàn)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的接入等。電力公司提供電信服務(wù)，具有十分明顯的優(yōu)越性。首先，其擁有比電信和有線電視的用戶多，詳。選擇，有利于同其他電信服務(wù)商的競爭。9)為電力公司提供負(fù)荷控制、需求側(cè)管理的新手段，提高電力公司管理水平。10)使電力公司以極低的投資就可以進(jìn)入ISP、ICP和話音等電信服務(wù)市場，成為新的利潤增長點。力公司能夠以低廉的價格為用戶提供電信服務(wù)，在電信市場上更具競爭力。11)實現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、視頻、電力“四網(wǎng)合一”，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。趨勢，并將創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。用、電力線載波自動抄表系統(tǒng)等方面的文章展開研究。

　　

【正文】 由于高壓輸電線載波頻段限制在 40～ 500kHz，只要控制載波機(jī)的諧波和交調(diào)亂真發(fā)射功率足夠小，即可避免對外界的干擾。目前值得研究的是在 220V線路上的擴(kuò)頻電線上網(wǎng)裝置的干擾問題，這類裝置為了實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，往往占用頻帶達(dá) 30MHz甚至更多，據(jù)國外媒體報道，當(dāng)輸電線數(shù)據(jù)通信使用 2～ 30MHz的頻帶傳輸數(shù)據(jù)時，將會對該頻段的短波無線電廣播、業(yè)余愛好者無線電臺等產(chǎn)生影響。目前我國還沒有建立這方面的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)將這種干擾限制在何種程度還需要進(jìn)一步研究。 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求更高 現(xiàn)代通信對輸電線載波的要求也更側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)方面，需要將原先僅限于通道的概念擴(kuò)展為網(wǎng)絡(luò)概念。以往的輸電線載波機(jī)主要靠自動盤和音轉(zhuǎn)接口實現(xiàn)小范圍的聯(lián)網(wǎng)，而將載波機(jī)與調(diào)度機(jī)協(xié)同考慮，實現(xiàn)載波機(jī)協(xié)同變電站調(diào)度機(jī)的組網(wǎng)應(yīng)用以及適當(dāng)設(shè)置能夠與通信網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)采集變送器應(yīng)當(dāng)是我們近幾年考慮的問題。與高壓電力載波不同，輸電線載波在中、低壓線路上的應(yīng)用在開始階段就是建立在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。 14 4 輸電線載波通信的特點及主要技術(shù)和規(guī)范 輸電線通信特點 由于輸電線是給用電設(shè)備 傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，所以輸電線對數(shù)據(jù)傳輸有許多限制，因此輸電線通信具有高削減、高噪聲、高變形，使輸電線成為一個不理想的通信媒介，但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，使輸電線載波通信成為可能。其使用中有以下特征：一是以一個變壓器為一個集中通信單元；二是采用一些有效的通信規(guī)程，使其具有較強(qiáng)的檢錯、糾錯能力；三是必須能在不同相線上進(jìn)行有效的通信。 早在 1992年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO就對輸電線數(shù)據(jù)系統(tǒng)作過說明。它一般分低速率數(shù)據(jù)傳輸 (如 1200bps)和高速率數(shù)據(jù)傳輸 (如 19200bps)。低速率采用頻 移鍵控 (FSK)調(diào)制方法。每個字符組包括一個啟始位 (地邏輯電平 )， 8個數(shù)據(jù)位和一個停止位 (高邏輯電平 )。數(shù)據(jù)包均由啟始頭文件引導(dǎo)。數(shù)字信號過數(shù)模轉(zhuǎn)換，用電壓注入方式疊加在三相交流電上。通信兩端采用異步、半雙工方式收發(fā)信號。為了與高速率數(shù)據(jù)通信兼容，其帶外頻譜功率小于 lmVrms。低速率數(shù)據(jù)傳輸一般用于范圍小、數(shù)據(jù)采集量少的場合，如電表、水表的抄表系統(tǒng)。高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)屬于寬帶信號通信。采用擴(kuò)頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)阻抗適應(yīng)技術(shù)，以同步全雙工通信方式進(jìn)行高可靠性通信，數(shù)據(jù)信號采用二相相移鍵控 (BPSK)方法。在 PN碼平衡調(diào)制器中，高碼率 PN碼脈沖序列調(diào)制通信信號、輸出展寬的擴(kuò)展頻譜。傳輸信號的零到零帶寬從 140kHz到 400kHz。 lOkHz帶寬的輸出功率是 lOOmW，輸出信號一般使用適應(yīng)不同線路阻抗的電壓注入方式，加載到交流電上。經(jīng)過長距離通信，為了保證解調(diào)信號的正確性，接收端往往需要進(jìn)行信號補(bǔ)償。高速率輸電線通信設(shè)備理論上可以組成輸電線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，為了克服低壓網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的困難，人們正試圖將先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)引入到PLC中。在全數(shù)字 PLC中，可以采用當(dāng)前流行的語音壓縮編碼技術(shù)，對語音信號經(jīng)過壓縮編碼，降低輸入 信號的冗余，提高了頻帶利用率；然后與數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)字復(fù)接?？梢圆捎米赃m應(yīng)回波抵消技術(shù)實現(xiàn)雙向通信；可以采用自適應(yīng)信道均衡技術(shù)減小信道對通信造成的影響，提高可靠性。新一代全數(shù)字輸電線載波機(jī)采 AMBE技術(shù)，通話質(zhì)量也很好。特點： 1)“電網(wǎng)在線”所產(chǎn)生的輻射問題不易解決。因電力網(wǎng)使用的大多是非屏蔽線，用它來傳輸數(shù)據(jù)不可避免地會形成電磁輻射，從而會對其他無線通信產(chǎn)生干擾。 2)配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電交壓器 15 區(qū)域范圍內(nèi)傳送； 3)三相輸電線間有很大信 號損失。通信距離很近時，不同相間可能會收到信號。一般電力載波信號只能在單相輸電線上傳輸； 4)不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同，藕合方式有線～地藕合和線～中線藕合。線～地藕合方式與線～中線藕合方式相比，電力載波信號少損失十幾 dB，但線～地藕合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用； 5)輸電線存在本身因有的脈沖干擾。目前使用的交流電有 50HZ和 60HZ，在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值，兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾，因此干擾必須加以處理； 6)輸電線對載波信號造成高削減。當(dāng)輸電線上負(fù)荷很重 時，線路阻抗可達(dá) 1歐姆以下，造成對載波信號的高削減。實際應(yīng)用中，當(dāng)輸電線空載時，點對點載波信號可傳輸?shù)綆坠?。但?dāng)輸電線上負(fù)荷很重時，只能傳輸幾十米。因此，只有進(jìn)一步提高載波信號功率來滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，提高載波信號功率會增加產(chǎn)品成本。 輸電線通信的相關(guān)技術(shù)規(guī)范 PLC的理論研究已經(jīng)從早期的模擬調(diào)制轉(zhuǎn)移到數(shù)字調(diào)制方法，目前采用傳統(tǒng)的頻帶傳輸 (幅移鍵控 ASK，頻移鍵控 FSK，相移鍵控 PSK)的 PLC日趨成熟，研究的熱點是三種具有高抗干擾性的數(shù)字調(diào)制技術(shù)：多維網(wǎng)格編碼技術(shù)、擴(kuò)頻通信技術(shù) (SSC)和 正交頻分復(fù)用 (OFDM)等。 CEBus(消費(fèi)電子總線、家庭總線 )包括兩標(biāo)準(zhǔn)，一個用于低速 (低于 lOkbps)控制，另一個用于高速數(shù)據(jù)信號，如數(shù)字視頻傳輸。因為 CEBus是點對點網(wǎng)絡(luò)，它不需要系統(tǒng)控制器。其輸電線載波通信技術(shù)使用 chirp擴(kuò)頻信號技術(shù) ,該類系統(tǒng)中的接收機(jī)要花幾個毫秒來鎖定信號。 Intellon公司的技術(shù)優(yōu)勢在于它可快速傳輸更多的信息。CEBus使用 csMA/cD方法來控制其節(jié)點對輸電線媒介的訪問。 CEBus采用 NRZ編碼體制，用脈沖寬度表示信號。 CEBus是參考 ISO的 OSI七層 模型設(shè)計的，見圖 ：整個物理層的功能已經(jīng)芯片化， 輸電線 雙絞線 射頻 紅外線 光纖 同軸電纜 用戶接口或應(yīng)用過程 層系統(tǒng)管理 應(yīng)用層 網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 圖 CEBus 節(jié)點模型 16 某些芯片還包括了數(shù)據(jù)鏈路層的功能。 MAC子層提供帶或不帶應(yīng)答的無連接數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。有時 MAC還承擔(dān)查錯任務(wù)。同時 MAC還要生成包的控制域，以標(biāo)明包的類型、優(yōu)先級、服務(wù)級別和序列號。優(yōu)先級分 3級，“高”級專門用于與人交互的進(jìn)程和開環(huán)控制的進(jìn)程，其他進(jìn)程為“中”或“低”級。 LLC子層是個空殼，只轉(zhuǎn)發(fā)命令，無實質(zhì)性工作。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由、路橋、確定網(wǎng)址、流量控制、給數(shù)據(jù)分段、丟棄無線媒體收到的重復(fù)包等。由于網(wǎng)絡(luò)層已超然于媒體之上，所以要考慮信息的跨媒體傳輸問題 。應(yīng)用層可以通過原語向網(wǎng)絡(luò)層指明：優(yōu)先級是否需要應(yīng)答、是否有網(wǎng)址、是否使用流量控制、路由方式、允許在什么媒體上傳輸、是否使用路橋以及路橋的網(wǎng)址等等。 CEBus覆蓋了家庭中的一切傳輸媒體，包括紅外線、射頻、輸電線、同軸電纜、雙絞線或光纖等。正是因為這一點，所以它有“路橋”的概念。路橋指能在無線媒體 (紅外線或射頻 )與有線媒體 (輸電線、同軸電纜、雙絞線或光纖 )之間轉(zhuǎn)發(fā)包的設(shè)備。一臺內(nèi)藏微控制器、配備 CEBus軟件的電視是紅外線和輸電線之間的路橋，因為它和輸電線相連，同時還使用紅外遙控器。一臺類似的無繩電 話則是無線電、輸電線和雙絞線之間的路橋?？缑襟w傳輸提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性和靈活性，同時也使生活空前方便。 CEBus的應(yīng)用層通過 CAL和應(yīng)用程序連接。 CAL是 CEBus專為設(shè)備之間相互通信而設(shè)計的面向?qū)ο笳Z言。網(wǎng)絡(luò)資源的分配和控制也通過 CAL完成。在目前的 CEBus標(biāo)準(zhǔn)中只有一個信道，將來可能要增加 1個或幾個 data channel，屆時資源分配將復(fù)雜起來。 對輸電線載波影響最大的干擾是 PC機(jī)等使用的開關(guān)電源，其噪聲覆蓋了載波頻段，使用小而便宜的阻波器，開關(guān)電源通過它與輸電線相連。這就可以消除開 關(guān)電源的干擾。當(dāng)然，實際應(yīng)用中可能僅部分開關(guān)電源使用了阻波器，再考慮到電器隨意開關(guān)，所以線路質(zhì)量不穩(wěn)定。在用戶通信設(shè)備入口端上也安裝阻波器，把家庭內(nèi)部的輸電線通信網(wǎng) (PL)與外面相隔離。內(nèi)部的 PL網(wǎng)上傳輸?shù)氖莻€人信息，在外部的 PL網(wǎng)上傳輸公共信息，例如每戶家庭的耗電量、用水量、整個大樓的安全信息、中央空調(diào)的控制信息等，從而提高保密性 (信息無法在外界和家庭內(nèi)部之間傳遞 )，同時也降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。住戶主人可以用電話、互連網(wǎng)等從外面訪問家中的 PLC網(wǎng)。 如何保證在輸電線上可靠地傳輸，這在 CEBus中只簡單地提 到兩點： 1)物理層要保證收到的數(shù)據(jù)包的正確率達(dá) 98％； 2)發(fā)送方重復(fù)發(fā)送。這實際上限制了 CEBus網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大便不實用了。家用輸電線載波通信網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境特點是由不懂計算機(jī)的大眾使用，家電的布置非常隨意且經(jīng)常變動，而且還要具有一定的可靠性。所以，提出用 17 “隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)”方法，不要路由器，任何一臺設(shè)備都負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，保證數(shù)據(jù)包傳遍 PL網(wǎng)，從而實現(xiàn)了方便性和可靠性。已經(jīng)研究出的低頻載波技術(shù)允許信號在輸電線上傳輸很遠(yuǎn)的距離，在輸電線上同時使用高頻和低頻信號，用低頻信號完成網(wǎng)絡(luò)配置和轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度工作。兩者取長 補(bǔ)短，可大大提高網(wǎng)絡(luò)性能。 18 5 基于輸電線載波通信的自動抄表系統(tǒng)設(shè)計 電線作為通信線路的通信速度，根據(jù)不同需要，可從低速到高速。對高速 PLC應(yīng)用，用戶只需要添加一個特制的調(diào)制解調(diào)器，這個調(diào)制調(diào)解器的數(shù)據(jù)線頂端是一個常規(guī)電源插頭，用戶將電腦與調(diào)制解調(diào)器接通，再將調(diào)制解調(diào)器插上電源插座，電腦即可上網(wǎng)，在其寬帶線路上可以和其他寬帶服務(wù)一樣提供廣泛的增值信息業(yè)務(wù)，包括基于 IP的話音業(yè)務(wù)(VoIP)、電視會議、視頻廣播、視頻點播 (VOD)、寬帶因特網(wǎng)接入、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療等多種服務(wù)。一個民用 220V線路的變壓器只覆蓋一定范圍內(nèi)的用戶，所以在同一條輸電線上的資源不會因為用戶太多而降低效率。相對于用電話撥號上網(wǎng)和 ADSL來講大多數(shù)家庭電話線路不多，限制了可連結(jié) 圖 上網(wǎng)的電腦數(shù)，而 PLC則不受這方面影響，在家庭各個插頭處都可以連接電腦。同樣，應(yīng)用 PLC技術(shù)，除了可以方便的進(jìn)行寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接外還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程自動讀出水、電、氣表數(shù)據(jù)，這樣就可以方便的自動用電子貨幣結(jié)算用戶生活的所有收費(fèi)項目，節(jié)省大量人力、物力，也極大地方便了用戶；同時利用的“電線上網(wǎng)”永久在線 連接，構(gòu)建的防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng)，讓上班族高枕無憂。并且，可以電力公司管理水平。下面，我們著重討論基于輸電線載波通信的自動抄表系統(tǒng)設(shè)計。 基于輸電線載波通信的自動抄表系統(tǒng)設(shè)計的必要性、可行性 低壓輸電線集中抄表的必要性 當(dāng)前，電力抄表基本上都是人工來完成，即由抄表人員挨家逐戶查抄電表。這種落后的方式，是與當(dāng)今高度發(fā)展的科技水平不相稱的，不僅需要大量的人力、物力，同時到居民住宅內(nèi)抄表也可能引發(fā)諸多問題，給 用戶帶來不便；而且由于采集數(shù)據(jù)間跨度大、采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度也較低，使得電力管理部門無法做到同時集中抄表，從而不能準(zhǔn)確反映實際 19 線損，不能做到電網(wǎng)負(fù)荷的實時監(jiān)測、預(yù)測及控制。以上這些方面嚴(yán)重阻礙了電力行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的提高。為此，國家有關(guān)部門決定在電網(wǎng)改造的同時，對居民住宅供配電系統(tǒng)實施一戶一表改造，并要求對傳統(tǒng)的抄表、收費(fèi)方式同步進(jìn)行改造，使用質(zhì)量可靠、經(jīng)有關(guān)部門檢驗合格的自動抄表系統(tǒng)抄表。所謂電能表自動抄表，是指供電部門將安裝在用戶的電能表所記錄的用電量等數(shù)據(jù)通過遙測、傳輸和計算機(jī)系統(tǒng)匯總到管理部門。隨 著通信技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)生產(chǎn)基于擴(kuò)頻技術(shù)的調(diào)制解調(diào)器 (modem)，使得在低壓電網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送變?yōu)楝F(xiàn)實。利用 220v低壓電網(wǎng)和現(xiàn)有的各種電表，用擴(kuò)頻技術(shù)和信道編碼技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的載波傳輸，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的自動讀取、傳輸及處理。 低壓輸電線集中抄表的可行性 抄系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、復(fù)雜，硬件投資高，這樣產(chǎn)品成本就高。目前衡量輸電線載波集抄系統(tǒng)的先進(jìn)與否，關(guān)鍵是看它能否進(jìn)行實時通信，也就是能否每時每刻都保持很高的通信成功率。就低壓輸電線載波抄表系統(tǒng)而言，如果不考慮產(chǎn)品成本，目前的技術(shù)水平和器件的發(fā)展已經(jīng)完 全可以建成通信十分穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸信道，甚至可以建成實時系統(tǒng)。產(chǎn)品成本高，大量推廣就不可行，也就沒有實用性，只能建幾個試點而已。因此，建設(shè)居民電表集抄系統(tǒng)要重視性能價格比，重視實用性和先進(jìn)性的關(guān)系。 1)集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與通信信道的關(guān)系 很多人認(rèn)為輸電線通信信道不穩(wěn)定、干擾多、衰減大，因此，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸容易使數(shù)據(jù)出錯，其實這是一種誤解?，F(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展很快，抗干擾技術(shù)十分成熟，數(shù)據(jù)在信道上傳輸是經(jīng)過編碼加校驗，通過這些技術(shù)處理后，如果某一個電表數(shù)據(jù)在信道上傳輸時受到干擾，接收時就會 出現(xiàn)通信失敗，再試一次，而不會出現(xiàn)一個錯誤的數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象反映在實時監(jiān)控系統(tǒng)中表現(xiàn)為“拒動”。反映在數(shù)字話音通信時，表現(xiàn)為失真或阻塞，因此輸電線通信信道和有線專線一樣，均可以保證數(shù)據(jù)正確傳輸。 2)載波抄表系統(tǒng)通信距離的認(rèn)識 目前，低壓輸電線載波集中抄表系統(tǒng)以臺區(qū)為單元，在一個臺區(qū)內(nèi)采用輸電線，數(shù)據(jù)集中后再借助其它信