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智能电网PLC应用:窄带单载波已经成熟,O

智能电网PLC应用:窄带单载波已经成熟,O

点击数:7207 次   录入时间:03-04 11:40:50   整理:http://www.55dianzi.com   其它PLC应用

和噪声干扰同时存在的还有阻抗匹配问题,终端阻抗不匹配产生的信号反射也是一种干扰。当不同的用电设备插入插座时,电力线的阻抗就会产生变化。赛普拉斯的专家认为,阻抗的动态变化是PLC需要解决的老问题。PLC发射机和接收机需要设计为可以预先感知这些电力线上的阻抗变化,以保证信号传输的性能。他指出:“使发射机和电力线阻抗匹配对保证信号在电力线上的最大化传输有利,高接收机阻抗则可以确保接收的信号损失最小。”损耗是衡量PLC的重要指标,噪声和阻抗匹配问题解决得越好,损耗就越少。

将调制解调器出来的信号恰当地耦合到电力线上非常重要,必须采用适当的方法以使耦合损耗最小。美信公司PLC通信事业部总经理Michael Navid表示:“虽然业界尤其是中国的电力通信行业对耦合方法并不陌生,但恰当耦合所需的知识对于优化性能确实非常重要。”耦合需要变压器帮忙,把PLC信号从一个相位耦合到另外一个相位上。两种常用的耦合方法是电容耦合和无线耦合,电容耦合技术需要给变压器连接一个能够跨越这两个相位的电容,系统允许PLC信号通过;无线耦合则使用射频通信技术,在发射时把PLC信号从一个相位移到另外一个相位,无线耦合对原有系统的改变更少,因此也是更优的选择。

窄带单载波已有成熟应用,OFDM是未来发展趋势

上文提到的噪声抑制问题,采用不同的调制方式会对噪声抑制产生根本性的影响。刘鲲表示:“单载波窄带调制技术的最大缺陷是对于时变频率选择性衰落及干扰不具备自适应能力,因而在通信可靠性上呈现很大的局限性。多载波调制技术由于将数据信息调制到多个载波上,当某个频点深度衰落或被干扰时,其他频点可能仍处在较好的传输条件下,因而通过纠错后编码完整的数据信息仍然可以被正确接收。单载波窄带调制技术主要包括FSK、BPSK、跳频、直接序列扩频等,多载波调制技术的代表有力合微电子正交四载波、ECHELON智能双频等。”美信的PLC方案也采用OFDM多载波调制技术。

窄带单载波在全球已有成熟的部署,赛普拉斯的专家表示:“FSK历史悠久并且依然是最常用的方式,这主要归因于该方式成本低廉且易于开发,例如意大利就部署了一个非常大的FSK调制方式抄表系统。”如果站在系统的角度看,对于PLC应用,成熟可靠的网络协议是不可或缺的。刘耀辉就指出:“目前知名的窄带方案大多依托一套完备的网络协议,比如安森美半导体PLC方案依托IEC 61334标准,采用该方案的抄表系统在欧洲工业现场已有超过8年的可靠运行。”而窄带FSK调制方式也可以在一定程度上实现多载波的抗干扰效果,如安森美的PLC Modem AMIS-49587采用S-FSK和ASK自动切换的方式来应对最常见的窄带干扰,一般情况下,PLC Modem工作在所谓S-FSK调制方式,两个载频分开得较远(>10kHz),如果有窄带干扰影响了某一个载频,调制解调器还可以利用另一个载频通信,此时调制解调器工作在ASK调制方式。

窄带单载波方案在成本上也具备一定的优势。传统意义上使用OFDM技术尤其是宽带OFDM技术会带来成本的提升,这是因为基于OFDM技术的PLC方案通常采用多达几十组的载波频率,由于载波的冗余使其对窄带干扰具有较好的抑制能力,通讯速率可以相应提高,信道带宽的利用率也较高,但以目前的技术水平,相对通常基于MCU的窄带方案,OFDM调制解调需要复杂得多的算法和很高的精度。安森美和赛普拉斯的的专家都认为,OFDM一般必须使用DSP进行处理,这在成本和功耗上需要增加许多。当然,如果只是窄带的OFDM,MCU也可胜任,比如力合和美信的OFDM多载波方案都是基于MCU来实现的。

在窄带单载波领域,如上面提到的,目前安森美提供的是S-FSK/ASK双模的解决方案,安森美半导体AMIS-30585在AMR领域已有多年成功应用。AMIS-49587是与其引脚兼容的新一代PLC Modem,采用S-FSK/ASK模式,通讯速率达到2,400bps,同样依托于IEC 61334规范,采用独到的智能自适应中继方案。而赛普拉斯可以提供基于FSK调制的单载波PLC解决方案,该方案是从PHY调制解调器、网络层协议到完整的耦合电路参考设计的全套解决方案,它包括三个器件:CY8PLC10、CY8CPLC20和CY8CLED16P01,其中,CY8CPLC20是一个可编程的SoC,它集成了PHY调制解调器和网络协议。赛普拉斯在业内第一个真正实现了可编程的PLC解决方案,CY8CPLC20既具备可编程SoC可编程特性和灵活特性,同时又具备PLC所需的性能。

虽然窄带单载波方案已有成熟的应用,但OFDM多载波调制因其出色的抗窄带噪声性能,以及在提供宽带PLC上所具备的巨大潜力,代表了未来的技术发展方向,尤其是在中国这样电网质量较差的国家更是如此。Navid就表示:“OFDM代替单载波调制方式是全球PLC领域的发展趋势。OFDM的带宽更宽,可以传递更多数据,这意味着传感器上的测量数据可以被更频繁地来回传递,数据可以做安全加密,更多的终端可以被寻址,从而增加了数据容量,且可以采用更先进的数据重传技术以提高可靠性。”另外,OFDM具备的纠错技术如Vitirbi和Reed Solomon可以被用于恢复错误的码元,从而提高传输的成功率。

而美信采用OFDM方式的MAX2990是一颗SoC芯片,基于美信16位MAXQ MCU内核,芯片包含了PHY和MAC。这样的架构保证该方案能够以非常低的成本实现复杂的OFDM技术。此外,美信还新推出了PLC模拟前端MAX2991。美信还将在2011年推出支持G3标准的OFDM PLC解决方案MAX2992,该芯片进一步发展了MAX2990芯片的技术。安森美在提供目前成熟的PLC方案的同时,也在研制多载波、高速率的PLC产品,以及OFDM的PLC调制解调器。

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