低压电力线的载波通信系统

【摘　要】在信道编码方法的基础上搭建基于RISE3201低压电力线数据通讯硬件部分.首先把目前比较常用的编码方法进行比较,进而为后继的编码提供研究基础,然后根据低压电力线的具体环境情况进行选取,并对载波通信方法加以改进,以达到对低压电力线上数据传输进行编码差错控制的目的.

【关 键 词】载波通信；信道编码；RISE3201

0.引言

近几年,随着数字通信技术的发展,PLC因其分布广、低成本、高速率、即插即用、可移动等优势成为当前通信研究的一个热点.如何利用网络资源潜力,在不影响传输电能的基础上,使之成为继电信、、无线通信、卫星通信之后的又一通信网,是多年来国内外科技人员技术的又一目标.要使电力网成为一个新的通信网技术手段只有载波通信.[1][2]

1.编码方法的讨论

电力线通信（PLC　Power　Line　Communication）是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式.它建立在电力配电网基础上.实现了电力线通信网络内部各节点之间以及与其他通信网络之间的通信.本文根据实际低压电力线信道情况,探讨数字通信中信道编码技术,采用CRC码,汉明码,对低压电力线上的数据传输进行差错控制.[3]　[4]

1.1　CRC码

CRC校验：CRC校验的基本思想是利用线性编码理论,在传送端根据要发送的k位二进制码序列,以一定的规则产生一个校验用的监督码（既CRC码）R位,并附在信息后边,构成一个新的二进制码序列数共（K+R）位,最后发送出去.在接收端,则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验,以确定传送中是否出错.

1.2汉明码

汉明码：汉明码是一组固定长度的码组,可表示为（n,k）,通常它用于前向纠错.在汉明码中,监督位被加到信息位之后,以形成新码.在编码时,k个信息位被编为n位码组长度,而k个监督位的作用就是实现检错与纠错.当分组码信息码元与监督码元之间关系为线性关系时,这种分组码就称线性分组码既汉明码.

2.低压电力线载波通信系统的设计

低压电力线载波通信系统的总体框图如图1所示,电力载波模块使用PLC调制解调器（modem）连接到电力线,进行信息交换.

3.以RISE3201为核心的系统硬件设计

本系统的核心是RISE3201,该芯片的特点是一种智能控制网络的单片系统芯片（SOC）.它利用世界范围内分布最广的低压电力线作为通信媒介,实现数据传输及网络控制等功能.可广泛应用于远程抄表和负荷管理、工业自动化控制、安防系统、交通运输自动化、家庭智能化等领域.　[5]如图2所示.

3.1发送电路

发送电路的功能是把经调制并按一定协议打包的信号发射到电力线上去.由于芯片输出的载波信号达不到功率要求,所以需先经过功率驱动.系统处于发射状态时,COMM　MCU根据现场情况选择合适的频点以使发送的信号衰减最小.

3.2接收电路

载波信号经过耦合电路、载波接收电路进入RISE3201.接收电路配合RISE3201内嵌的BPSK及DSP模块,检测并在接收链上消除脉冲噪音,用多级数字和模拟滤波器来有效地消除多频点噪音,用高级的信道获取算法来保证即使在信号低于噪音的情况下,也能够获取信号.

3.3耦合电路

耦合单元是载波信号的输出和输入通道,当RISE3201处于发送状态时,耦合单元将RISE3201产生的高频载波信号送入低压电力线上进行传输；当RISE3201处于接收状态时,耦合单元在电力线上提取出高频载波信号以便进行解调,同时阻止电力线的工频电流进入通信终端.

4.软件设计

PC机通过串口发送数据到modem,modem将数据进行扩频调制,经数据输出口发射出去,再经的发送电路功率放大后,经耦合电路发送到电力线上去；接收端则是有耦合电路提取载波信号,经接收电路滤波,输入到modem的数据输入口,由modem完成解调解扩后,通过串口上传至PC机.[6]　[7]　[8]　[9]

5.结论

本文根据我国低压电力线特性设计一个基于RISE3201电力线通讯系统,在低压电力线载波通信模块软件功能设计试验的基础上,针对基于低压电力线网络通信信道编码技术进行探讨与研究并通过协议的编制以实现通讯.在采取适当的硬件设备以提高信道性能后,可进一步采取信道编码,进一步提高通信质量,通过实验验证能可靠地在低压电力线上实现点对点数据通信.此系统可用于构建智能家居、办公单位及小区等局域网.