摘 要： 針對目前基于低壓電力線網絡通信信道編碼技術進行了探討與研究，并在此基礎上實現(xiàn)了電力線通信。通過對目前比較常用的載波通信方法進行比較，進而為通信信道編碼提供研究基礎，根據(jù)電力線系統(tǒng)設計的具體環(huán)境情況進行選取，并對低壓電力線設計方法加以改進，以達到對低壓電力線上數(shù)據(jù)傳輸進行差錯控制的目的。在編碼方法的基礎上搭建基于RISE3201低壓電力線數(shù)據(jù)通信硬件和軟件部分。
關鍵詞： 低壓電力線；載波通信；RISE3201
電力線通信PLC(Power Line Communication)是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式，它建立在電力配電網基礎上，實現(xiàn)了電力線通信網絡內部各節(jié)點之間以及與其他通信網絡之間的通信。近幾年，隨著數(shù)字通信技術的發(fā)展，PLC因其分布廣、低成本、高速率、即插即用、可移動等優(yōu)勢成為當前通信研究的一個熱點。而現(xiàn)有的功能僅是傳輸電能，如何利用網絡資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎上實現(xiàn)窄帶或寬帶通信，使之成為繼電信、電話、無線通信、衛(wèi)星通信之后的又一通信網，是近年來國內外科技人員技術的又一目標。電力網成為一個新的通信網技術其手段只有載波通信，載波通信是基于頻分復用技術的電話多路通信體制。屬于經典模擬通信的制式。通過各種測量結果的分析和噪聲模型及信號傳播模型的研究，建立一個通用的精確模型來模擬所有的低壓配電網信道情況相當困難，甚至不可能，但建立一個能反映通道基本特征的近似模型卻是可能的，它的建立可為低壓電力線載波通信研究提供有效的手段，在低壓電線的傳輸中可發(fā)揮重要作用[1-3]。
1 編碼方法
在低壓電力線數(shù)字信號傳輸中，由于信道不理想以及加性噪聲的影響，傳輸信號碼元波形會變壞，造成接收端錯誤判決。為了盡量減小數(shù)字通信中信息碼元差錯概率(誤碼率)，應合理設計基帶信號并采用均衡技術以減小信道線性畸變引起碼間干擾(乘性干擾)。對于由信道噪聲引起的加性干擾，應考慮采取加大發(fā)送功率、適當選擇調制解調方式等措施。但是，隨著現(xiàn)在數(shù)字通信技術的不斷發(fā)展以及傳輸速率的不斷提高，對信息碼元差錯概率的要求也越來越高，并且信道帶寬和發(fā)送功率受到限制，此時就需要采用信道編碼，又稱差錯控制技術。本文根據(jù)低壓電力線信道實際情況，探討了數(shù)字通信中信道編碼技術，采用CRC碼、漢明碼對低壓電力線上的數(shù)據(jù)傳輸進行差錯控制[4]。
2 低壓電力線載波通信系統(tǒng)的設計
低壓電力線載波通信系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，電力載波模塊使用PLC調制解調器連接到電力線，進行信息交換。
3 硬件設計
本系統(tǒng)的核心是RISE3201，該芯片是一種智能控制網絡的單片系統(tǒng)芯片(SoC)，它利用分布最廣的低壓電力線作為通信媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及網絡控制等功能。可廣泛應用于遠程抄表和負荷管理、工業(yè)自動化控制、安防系統(tǒng)、交通運輸自動化、家庭智能化等領域。RISE3201的設計符合EIA-709.1、EIA-709.2等國際標準。使用RISE3201，1個通信節(jié)點可以動態(tài)配置為1個路由或中繼節(jié)點，其遠超過標準的出色的物理層性能和自動路由的特點保證了可靠的網絡通信性能。但要實現(xiàn)通信還需增加外圍電路，如耦合電路、實現(xiàn)濾波、功率放大功能的發(fā)送電路、實現(xiàn)濾波作用的接收電路等[5]。如圖2所示。
3.1 發(fā)送電路
發(fā)送電路的功能是把經調制并按一定協(xié)議打包的信號發(fā)射到電力線上。由于芯片輸出的載波信號達不到功率要求，所以需先經過功率驅動。系統(tǒng)處于發(fā)射狀態(tài)時，COMM MCU根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的頻點以使發(fā)送的信號衰減最小。發(fā)送電路如圖3所示。發(fā)送部分的作用是對RISE3201輸出的載波調制信號進行濾波、功率放大，從而將處理后的信號以較高的效率傳輸?shù)降蛪弘娏€上。
3.2 接收電路
載波信號經過耦合電路、載波接收電路進入RISE3201。接收電路配合RISE3201內嵌的BPSK及DSP模塊，檢測并在接收鏈上消除脈沖噪音，用多級數(shù)字和模擬濾波器消除多頻點噪音，高級的信道獲取算法保證信號低于噪音的情況下也能夠獲取信號。而芯片內嵌的自動增益控制(AGC)劃分成模擬域和數(shù)字域，使RISE3201芯片能夠在很寬的范圍調整接收信號電平，如圖4所示。
3.3 耦合電路
耦合單元是載波信號的輸出和輸入通道，當RISE3201處于發(fā)送狀態(tài)時，耦合單元將RISE3201產生的高頻載波信號送入低壓電力線上進行傳輸；當RISE3201處于接收狀態(tài)時，耦合單元在電力線上提取高頻載波信號以便進行解調，同時阻止電力線的工頻電流進入通信終端。
4 軟件設計
PC機通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到Modem，Modem將數(shù)據(jù)進行擴頻調制，經數(shù)據(jù)輸出口發(fā)射出去，再經外圍的發(fā)送電路功率放大后，經耦合電路發(fā)送到電力線上；接收端則是有耦合電路提取載波信號，經外圍接收電路濾波，輸入到Modem的數(shù)據(jù)輸入口，由Modem完成解調解擴后，通過串口上傳至PC機[6-8]。軟件設計流程如圖5所示。
本文根據(jù)我國低壓電力線特性設計了一個基于RISE3201的電力線通信系統(tǒng)，在低壓電力線載波通信模塊軟件功能設計試驗的基礎上，針對基于低壓電力線網絡通信信道編碼技術進行探討與研究，并通過協(xié)議的編制以實現(xiàn)通信。在實際信道傳輸數(shù)字信號時，由于信道的傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，接收的信號不可避免地會發(fā)生錯誤。在采取適當?shù)挠布O備以提高信道性能后，可進一步采取信道編碼，進一步提高通信質量，通過實驗驗證能可靠地在低壓電力線上實現(xiàn)點對點數(shù)據(jù)通信。此系統(tǒng)可用于構建智能家居、辦公單位及小區(qū)等局域網。
參考文獻
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