四川航天职业技术学院 电力载波数据通信设计专业名称：G13电子信息工程技术 课程名称：模拟电子技术 课题名称：电力载波通讯设计 设计人员：王丽丹 指导教师：王婷婷 2014年6月15日
课程设计报告书评阅页 课题名称：电力载波通信设计 班级：G13电子信息工程技术2班 姓名： 2014年月日指导师评语： 考核成绩：指导教师签名： 2014年月日《模拟电路电路课程设计》任务书
一、课题名称：模拟电路载波数据通信的设计 二、技术指标： 1. 无需架设专门的通讯电缆，安装方便，实现低压220V电线中传输信号 2. 低功耗、可实现单发多接收，也可实现半双工通讯。 3．采用模糊算法，抗干扰能力强，通信距离远，非常适合国内复杂多变的电网环境。 三、要求： 1. 画出电路原理图（或仿真电路） 2. 元器件及参数选择 3. 电路仿真与调试 指导教师: 学生: 电子工程系 摘要
低压电力线载波通信技术是利用现有的电力线作为信号传输信道来实现一对一、一对多或多对多的通信技术。在本设计中主要实现主从通信，为交通信号灯系统进行相关数据的传送。本设计采用HL—PLCS520来设计电力线载波模块。在本设计中，采用的发送与接收双独立键盘控制信号灯传输信号。 本设计是基于HL—PLCS520的电力线载波模块，其硬件部分包括载波耦合电路、信号发送电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解调电路）等。在完成本设计硬件部分的理论分析后，进行相关的测试，并对测试结果做进一步的分析。 关键字: AT89C52、载波、通信、 目录 第一章、设计目的 (4)
一、电力载波通信相关知识简介 1、通信系统的组成 通信的目的是为了交换信息。一般通信系统的组成可用下图概括： 信源是信息产生的 来源，是一些可视或可闻的信息，这些信息通常都是些非电信号，要转换为电信号才能进行传输，这个工作通常由输入设备完成，如电话机、电报机、摄像机。交换设备是沟通输入设备和发送设备的接续装置，（在其他通信系统有可能不需要这一过程，电信号直接送入到发送设备进行调制）。 发送设备的任务是将各种信息的电信号经过处理（调制）使之满足信道传输的要求。 信道是信息传输的媒介，概括来讲分为有线和无线两种，其中有线传输包括：电力载波、光纤通信；无线传输包括微波、特高频等。 接收设备和输出设备与发送设备和输入设备的作用相反。 1.1载波通信系统的组成 载波通信系统的组成可以用下图表示： 上图中： 用户通常是电话机或远动设备专用的调制解调器； 交换机是接通电话用户的交换机接续设备，分人工和自动接续两种；载波机相当于通信系统的发送和接收设备，它的作用是把语音信号转换成适合线路传输的频率的信号。或将线路传输的高频信号还原成语音信号。 高频通道在电力系统中通常是指，由高频电缆、结合滤波器、耦合电容器、高压线路等组成的传输通道。 2、载波通信系统的类型和应用 在载波通信系统中，根据传输媒介的不同，载波通信可以分为以下几种类型：（1）架空明线载波通信 架空明线是指沿专用通信杆架设的金属线（铁线或铜线），90年代以前，架空明线载波通信在我国长途通信中曾被大量使用，目前，已被光纤通信取代。（2）对称电缆载波通信 对称电缆是埋在地下的一种电缆，电缆分缆芯和护层两部分，传输频带为12－252kHz，可传输60路电话。 （3）同轴电缆载波通信 同轴电缆可架设或埋地，根据同轴线缆的不同，最高传输频率可达60MHz，载波通信容量最高可达13200路。 （4）电力载波通信 电力载波通信是在工频为50Hz的电力输电线路上传输的一种载波通信。根据所使用的耦合方式的不同，分为相地结合和相相结合高频通道。通信所采用有载波通信为相地结合的高频通道、保护专用载波收发信机通常采用相相结合的高频通
1.窄带电力线通信技术： 1）中压窄带载波一般采用10-500KHz频段 2）速率150-2400bps，采用OFDM调制可达100kbps以上 3）传输距离较长，架空线路距离大于10km 4）调制技术FSK、PSK，新型技术采用OFDM 近年来，随着低压电力线载波通信技术逐步完善，国内有十余家企业专注于技术开发和应用，采用 的技术主要有扩频加窄带频移键控（FSK）、扩频加窄带相移键控（PSK）、正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）等，在用电信息采集、智能家居能源管理、楼宇监视和路 灯控制等领域均有大规模的应用。 国内比较主流的低压电力线窄带载波通信技术方案及应用如错误！未找到引用源。所示： 表 1国内比较主流的低压电力线窄带载波应用现状 除了以上低压电力线载波通信方案，近两年在国家电网集中招标中也出现过100kHz、175kHz、300kHz 等多种频率方案，由于大部分通信厂家采用各自的企业标准，频率选择、调制方式、传输技术及组网技 术各有特点，难以实现互操作问题。 国内窄带电力载波通信技术发展现状 一、国内现有载波通信技术特点 现有的低压载波通信芯片的技术特点可以从调制方式、传输速率、通信频率、通信功率、EMI标准、
芯片技术等方面来分析。 1.调制方式与传输速率 目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM 等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。 国内载波通信产品主要采用直接序列扩频技术。其中 东软为FSK，15 位直序列扩频通信； 福星晓程DPSK 63 位直序扩频； 弥亚微为QPSK扩频调相、过零同步、分时传输； 鼎信为二进制连续相位移频FSK，过零同步、分时传输。 上述各家的扩频技术各有不同特点。对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。 目前这四家中，传输速率分别为： 弥亚微，同时提供200、400、800、1600bps四种可变速率； 东软：330bps； 福星晓程：250/500bps； 鼎信：100bps。 按照现阶段现场实际应用状况来看100至500bps速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控制（断送电）和管理功能则需要提供更高速率保证。 2.通信频率 关于通信频率，在美国由联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450kHZ；在欧洲由欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3~148.5kHZ。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献，目前全球AMR系统均采用该频段标准。 国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为2家，分别是福星晓程120KHz和弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz三种可选。 3.通信功率及EMI指标 国内东软、福星晓程、鼎信等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法。在实际产品化的过程中，基本上做到3W至5W，有的电表厂甚至做到了8W，这种做法是绝对不可取的。 首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成大量的能源浪费，这也有悖于国网公司上集抄系统的初衷； 其次，如此大的功率传输将会严重污染电力线信道环境，我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者，现在却也能成为最大的制造者。 就目前研究了解的情况，国内只有弥亚微的载波芯片Mi200E采取低功耗设计。其发送信号时的功率仅为0.4W，在保证可靠的通信性能的同时该芯片EMI等相关指标满足欧洲标准。 4.芯片技术 严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企业，像东软和鼎信均是采用MOTROLA的MC3361＋单片机通过软件完成物理层、MAC层、网络层的模式。其优点是降低了研发难度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。福星晓程和弥亚微均是完全自主开发的载波通信芯片产品。 二、国内载波芯片产品分析
电力载波芯片ST7538及其应用 摘要：介绍一种最新推出的电力载波调制解调器芯片ST7538的基本原理，给出ST7538的主要控制电路和接口电路，讨论应用该芯片后些注意事项。 关键词：电力载波通信 ST7538 家庭网络工业网络 利用电力线作为通信介质的电力载波通信，具有极大的方便性、免维护性、即插即用等优点，在很多情况下是人们首选的通信方式。ST7538是最近SGSTHOMSON公司在电力载波芯片ST7536、ST7537基础上推出的又一款半双工、同步/异步FSK（调频）调制解调器芯片。该芯片是为家庭和工业领域电力线网络通信而设计的，与ST7536和ST7537相比，主要具有以下特点： *有8个工作频段，即：60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82.05kHz、86kHz、110k Hz和132.5kHz； *内部集成电力线驱动接口，并且提供电压控制和电流控制； *内部集成+5V线性电源，可对外提供100mA电流； *可编程通信速率高达4800bps； *提供过零检测功能； *具有看门狗功能； *集成了一个片内运算放大器； *内部含有一个具有可校验和的、24位可编程控制寄存器； *采用TQFP44封装。 可以看出，ST7538是一款功能强大的、单芯片电力线调制解调器。 图1 1 ST7538工作原理
ST7538是采用FSK调制技术的高集成度电力载波芯片。内部集成了发送和接收数据的所有功能，通过串行通信，可以方便地与微处理器相连接。内部具有电压自动控制和电流自动控制，只要通过耦合变压器等少量外部器件即可连接到电力网中。ST7538还提供了看门狗、过零检测、运算放大器、时钟输出、超时溢出输出、+5V电源和+5V电源状态输出等，大大减少了ST7538应用电路的外围器件数量。此外，该芯片符合欧洲CENELEC（E N50065-1）和美国FCC标准。图1为ST7538内部原理框图。 1.1 发送数据 当RxTx为低时，ST7538处于发送数据状态。待发数据从TxD脚进入ST7538，时钟上升沿时被采样，并送入FSK调制器调制。调制频率由控制寄存器bit0～bit2决定，速率由控制寄存器bit3～bit4决定。调制信号经D/A变化、滤波和自动电平控制电路（ALC），再通过差分放大器输同到电力线。当打开时间溢出功能，且发送数据时间超过1s或3s时，TOUT变为高电平，同时发送状态自动转为接收状态。这样可以避免信道长时间被某一节点（ST7538）点用。 1.2 接收数据 当RxTx为高时，ST7538处于接收数据状态。信号由模拟输入端RAI脚进入ST7538，经过一个带宽±10kHz的带通滤波器，送入一个带有自动增益AGC的放大器。该滤波器可以通过控制寄存器bit23置零取消滤波功能。自动增益放大器可以根据电力线的信号强度自动调整。为提高信噪比，经过放大器的信号送入一个以通信频率为中心点、带宽为±6kHz 的窄带滤波器。此信号再经过解调、滤波和锁相，变成串行数字信号，输出给出ST7538 相连的微处理器。
课程设计任务书 姓名学号 班级学院电子信息学院课程通信原理课程设计 题目数字调制系统误比特率（BER）测试的仿真设计与分析 设计任务 1.利用SystemView软件按照课设指导书分别画出2DPSK 系统中相干解调与差分解调的高频与不加噪声时低频的误比特率仿真测试原理图。 2.观测低频的仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形以及码反变换后的输出波形。观测输入和输出波形的时序关系。 3.在2DPSK系统中，“差分编码／译码”环节的引入可以有效地克服接收提取的载波存在180°相位模糊度，即使接收端同步载波与发送端调制载波间出现倒相180°的现象，差分译码输出的码序列不会全部倒相。重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波间180°相位模糊度的。 4.利用建立的SystemView DPSK系统相干接收的仿真模型进行BER测试，产生该系统的BER曲线以此评估通信系统的性能。 时间 进度 课程设计要求在1.5周内做完 主要参考资料[1] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理(第五版)[M] 北京：国防工业出版社，2002 [2] 罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M] 北京：电子工业出版社，2002 [3] 李东生, 雍爱霞, 左洪浩。System View 系统设计及仿真入门与应用[M] 北京: 电子工业出版社, 2002 [4] 青松, 程岱松, 武建华等。数字通信系统的System View 仿真与分析[M] 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001
什么是PLC? 通常，我们上网的方式一般有：利用电话线的拨号?xdsl方式；利用有线电视线路的cable modem方式，或利用双绞线的以太网方式。 现在，我们又多了一种更方便，更经济的选择：利用电线，这就是plc！plc的英文全称是power line communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得plc具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45mbps的高速网络接入，来浏览网页?拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据?语音?视频，以及电力于一体的"四网合一"！另外，可将房屋内的电话、电视、音响、冰箱等家电利用plc连接起来，进行集中控制，实现"智能家庭"的梦想。目前，plc 主要是作为一种接入技术，提供宽带网络"最后一公里"的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。 plc的技术原理 plc利用1.6m到30m频带范围传输信号。在发送时，利用gmsk或ofdm调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5m~45m之间。plc设备分局端和调制解调器，局端负责与内部plc调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的internet。典型的plc网络如下图： plc的优点
1．实现成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。 ２．范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。plc 可以轻松地渗透到每个家庭， 为互联网的发展创造极大的空间。 3．高速率 plc能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而在 4.5m~45mbps之间。远远高于拨号上网和isdn，比adsl更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的plc产品正在研制之中。 4．永远在线 plc属于"即插即用"，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 5．便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有plc带来的高速网络享受！ plc的应用 1．可以为用户提供高速internet访问服务、话音服务，从而为用户上网和打电话增加了新的选择。 2．通过与控制技术的结合，为在现有基础上实现"智能家庭"提供有力支持。利用电力线路为物理媒介，可将遍布住宅各角落的信息家电、pc等连为一体，接入internet，实现远程、集中的管理控制。 3．不用额外的布线，就可将家中的多太电脑连接起来，组建家庭局域网。 4．实现远程水、电、气等的自动抄表，一张收费单就可解决用户生活中的所有收费项目。 5．利用plc的"永远在线"特点，构件防火、防盗、防有毒气体泄露等保安监控系统和医疗救护系统。 主要介绍PIC技术在智能家居系统中的运用，给出PLC网络化控制系统的结构．描述智能家居系统控制端设备和局端设备的设计方法．以厦设备的电磁兼容性。该系统实现了家电智能 控制、安防控制和上网功能。 目前，中国的智能家居系统以智能安防为主，正逐渐向家电的网络化控制延伸。如何更有效地解决安防、家电智能控制、上网等问题，逐渐成为研究的热点。电力线通信(Power Line Communication，PLC)，是指利用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术。利用PLC实现智能家居的网络化控制无需架线，不破坏住宅结构，连接方便、快捷，是智能家居网络化控制的理想选择。本系统采用Intcllon公司的INT5200芯片作为电力载波芯片，网络数据由与家电设备相连的电力线传送，并通过HomePlug协议实现交互，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分复用技术进行调制解调，从而实现家电控制、PLC上网和家庭安防。
实验项目三 数字锁相环法位同步观测 （1）观测“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”，观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。 （2）观测“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。观测相位超前滞后的情况。 （4）以信号源模块“CLK ”为触发，观测13号模块的“ BS2”。 实验二十 实验项目一 VCO 自由振荡观测 （1）示波器CH1接TH8，CH2接TH4 实验项目二 同步带测量
（1）示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相环输入，CH2接TH4输出BS1，观察TH4输出处于锁定状态。将正弦波频率调小直到输出波形失锁，此时的频率大小f1为 400Hz ；将频率调大，直到TH4输出处于失锁状态，记下此时频率f2为。 实验二十一载波同步实验 实验项目载波同步 （1）本实验利用科斯塔斯环法提取BPSK调制信号的同步载波，对比观测信号源“256K”和13号模块的“SIN”，调节13号模块的压控偏置调节电位器，观测载波同步情况。
实验二十二帧同步实验 实验项目帧同步提取实验 （1）观测在没有误码的情况下“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况经过多次实验反复观察，“失步”指示灯一直没有亮过，其余两个灯的顺序为捕捉指示灯先亮，之后熄灭，同步指示灯变亮。 （2）关闭7号模块电源。按住“误码插入”不放，打开7号模块电源。再观测“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。 经过多次实验反复观察，“失步”指示灯一直没有亮过，其余两个灯的顺序为捕捉指示灯先亮，之后熄灭，同步指示灯变亮。 （3）观察同步保护现象：如下图所示。 （4） 现误码时三个LED （5）观察假同步现象： 观察结果知， 分析原因：此时出现假同步状态，即时分复用单元将拨码开关S1的码值做为帧 头码，其他码元和原来的巴克码被当做了数据码元，从而在检查到01110010时 就开始按照8位为一个用户的数据，接着进行下面的数据采集。
抄表系统及其方法 本发明公开了一种抄表系统包括电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；所述电力线宽带载波通信单元用于收发通过电力线载波方式传送的抄表信号；所述无线通信单元用于收发通过无线通信方式传送的抄表信号；控制单元用于信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在电力线宽带载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进行格式转换生成电表数据。本抄表系统利用宽带载波通信可靠性高、数据传输率高、数据容量大、双向传输等特点，将无线通信方式以及电力线通信方式相互结合，使抄表布线等现场施工工作变得简便灵活。 电力线载波Power Line Carrier - PLC通信是利用高压电力线在电力载波领域通常指 35kV及以上电压等级中压电力线指10kV电压等级或低压配电线380/220V用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式 PLC = Power Line Carrier,电力线载波 电力线载波(PLC)是电力系统特有的通信方式，电力线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。 近年来电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。电力线载波通信这座被国外传媒喻为未被挖掘的金山正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。 但是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、不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用； 4、电力线存在本身因有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和 60HZ，则周期为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，
低压电力线载波通信 1.引言： 电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。早在20世纪20年代，电力载波通信就开始应用到10 kV配电网络线路通信中，并形成了相关的国际标准和国家标准。对于低压配电网来说，利用电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是国内外公认的最佳方案。但在早期的实际应用中，由于我国电网环境恶劣，电力线信道高衰减、强干扰和波动范围大等特点，导致数据采集的成功率和实时性不能完全满足实际通信的需求。近年来，随着许多新兴的数字技术，例如扩频通信、数字信号处理和网络中继拓扑等技术的大力发展，提高和改善低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性成为可能，电力载波通信技术的应用前景变得更为广阔。 2.国内外现状： 2.1国外现状： 国外低压电力线载波通信开展较早，美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450 kHz；欧洲电气标准委员会的EN 50065-1规定电力载波频带为3.0~148.5 kHz。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献。20世纪90年代，一些欧洲公司进行涉及电力线数据传输的试验，实验结果好坏参半，但随着通信技术的不断进步与互联网业务的蓬勃发展，电力线载波通信技术也得到了显著增长。在美国，弗吉尼亚州马纳萨斯市首次开始大范围部署PLC的服务，提供抄表、上网等业务，速率达到了10Mbit/s。 国外利用电力线传输信号已经有一百多年的历史。如早在1838年，埃德华戴维就提出了用遥控电表来监测伦敦利物浦无人地点的电压等级。直到20世纪20年代，国外一些著名的公司和研究机构才开始对低压电力载波通信技术进行研究。1930年西门子公司在德国波茨坦建立了用于低压配电网络和传输媒介的波纹载波系统（RCS系统）。该系统能够以最小的损耗通过低压配电网实现对终端设备的管理。1958至1959年间，美国德克萨斯元件公司的Jack Kilby和Fairchild半导体公司的Robert Noyce最早发明了电力线载波通信集成电路。1971年Intel公司的Ted Hoff发明了低功耗的电力线通信微处理器。Intellon公司在2000年2月7日召开的DEM200会议上展示了其高速达1Mbps的Power PacketTM 住宅网络技术
国内电力载波通信芯片技术及市场 一、电力线载波芯片市场前景 电力线载波通信(PLC)芯片作为改造传统电网的主要手段，并且作为物联网通信的有力补充，将随智能电网和物联网的全面建设引来爆发增长。中国半导体行业协会CSIA预计至2014年，总需求将达到5*万片，未来5年复合年增速(CAGR)将达到61%，国内电力线载波芯片销量预测见图1。需求增长来自三方面：首先受益于智能电网建设。电力线载波通信以电力线作为传输媒介，不需再次投资，将成为智能电网通信的主要手段，因此智能电网建设将直接带来PLC 芯片的需求增长，如电能表需求增长在9%左右。其次来自渗透率提升。目前处于智能电网建设初期，PLC芯片利用率还很低，但作为未来智能电网通信的主要技术，其渗透率必将大幅提升。如目前载波电能表的市场占比仅为5.2%，但未来有望达到40%。最后还将受益于物联网建设。电力线通信也将成为物联网通信的主要补充，未来PLC应用中除智能电网的电能管理外，物联网的工业控制应用将占16.8%，智能家居应用将占8.0%，安防监控将占1%。 图1 国内电力载波芯片销量预测 二、电力线载波芯片的市场需求空间 预计到2014年，我国电力线载波芯片的市场应用份额中(见图2)，除了应用于智能电网的电能管理外，工业控制应用将占16.8%，智能家居应用将占8.0%，安防监控将占1%。 图2 2014 年我国电力线载波芯片应用市场预测 1、智能电网市场需求 配合中国的用电制度改革，以计算机为基础的自动抄表系统成为电力部门响应国家这一政策的解决方法。自动抄表系统目前主要有有线通信技术和电力载波通信技术两种。有线通信技术作为传统方法，以其稳定性占有优势。但有线通信铺线工程浩大，而且容易被人为损坏;同时居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，不能让居民接受。电力载波通信技术能有效解决上述问题，它利用现有交流电源线作为通信线路，省去了不切实际的铺线工程，优势明显。自动抄表系统还适用于水表、煤气表等家用生活表。 目前主要通信方式有电力线载波、无线通信、
电力线通信(PLC)技术的应用及未来 电力线高速数据通信技术，简称PLC或PLT，是一种利用中、低压配电网作为通信介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术，不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。 PLC按应用的配电网电压等级划分为低压PLC和中压PLC。低压PLC利用低压(220V/380V)电力线作为传输媒介，为用户提供Internet接入、家庭局域网、远程抄表、智能家居等应用。中压PLC利用中压（10KV）电力线作为通信链路，为接入骨干网、配电网自动化、用户需求侧管理及农村电话等应用提供传输通道。 近10年，特别是2000年以来，由于人们对带宽需求的不断增长，包括ADSL、PLC技术在内的宽带接入技术得到了快速发展。特别是PLC技术，由于充分利用最为普及的电力网络资源，建设速度快、投资少、户内不用布线，能够通过遍布各个房间的电源插座进行高速上网，实现“有线移动”，具备了其它接入方式不可比拟的优势，受到国内外的广泛关注。 二、PLC技术的发展现状 （一）国外发展现状 目前国际上专用PLC调制解调芯片主要有：以色列Yitran公司传输速率为2.5Mbps的芯片、美国Intellon公司14Mbps芯片、西班牙DS2公司45Mbps 和200Mbps芯片，其中美国Intellon公司14Mbps芯片应用最为普遍，大部分PLC系统都是基于该芯片开发的。近期，美国Intellon公司推出了芯片速率
为85Mbps的样片，法国Spidcom公司也开发了224Mbps芯片，正在测试之中。 欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1日开始启动了一个称之为OPERA（OpenPLCEuropeanResearchAlliance）的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量致力于制定欧洲的PLC统一技术标准、推动大规模商业化应用，并将PLC作为实现“eEurope”（信息化欧洲）的重要技术手段。美国联邦通信委员会（FCC）一直在鼓励启用新的基于现有设施的宽带平台，促进美国的宽带业务。2004年2月12日，FCC批准对某些技术规则的修改意见，目的是通过促进电力线宽带接入技术的推广应用，把美国电力网的巨大潜力利用起来。美国、欧洲等国许多大的电力企业也积极进行中压及低压PLC的试验，美国的Cinergy等17家电力企业、德国、奥地利、西班牙等15个欧洲国家的32个电力企业建立了PLC试验网络，有的还进行了PLC商业化运营，如德国的MVV等。亚洲开展PLC研究和试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、新加坡、中国香港、中国台湾等地，日本对PLC的态度，经历了从初期怀疑否定、到开放试验、直至今日的积极推动的三个阶段。目前日本的东京电力、新加坡电力、香港中华电力等建立了一定规模的试验网络。据不完全统计，截止2004年年底，PLC的试验网络遍及欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、非洲以及大洋洲的40多个国家和地区。 （二）国内PLC技术的研发及应用 国外在电力线通信技术方面的进展，引起了国家电力公司的高度重视和科研单位的密切关注。国家电力（电网）公司先后八次立项，由中国电力科学研究院、国电通信中心等单位承担电力线高速数据通信技术相关课题的研究工作。由
GM3533电力线载波通信线驱动芯片 1、产品简介 GM3533是一款应用于电力线载波的线驱动器，内部包含了2个电流反馈型放大器。芯片具有极低的失真，可以确保在电力载波通信频段范围内发送功率谱带外信号符合规范，并且具有高达1A的电流输出能力，可以应对强烈的电力载波信道阻抗变化，在重载情况下仍然能保证信号的发送质量。工作电流可以用外接电阻进行设置，同时可以用数字控制端口按照设定值的1/2、3/4静态电流进行工作，可以根据信道状况通过软件调节，使芯片的驱动性能得到进一步的优化。芯片工作电压范围可以高达28V。 芯片内部集成了过流保护、温度补偿等单元模块，确保了芯片在各种条件下性能稳定可靠，使芯片在电力载波应用中具有优越的性能。2、应用范围 ■电力载波通信 3、特色 ■工作电压：6V至28V ■大信号带宽：>20MHz ■3次谐波抑制： >40dBc@10M/10Vpp/50Ω负载 >50dBc@5M/10Vpp/50Ω负载 >60dBc@2M/10Vpp/50Ω负载 >76dBc@500K/10Vpp/50Ω负载■2次谐波抑制： >55dBc@10M/10Vpp/50Ω负载 >60dBc@5M/10Vpp/50Ω负载 >70dBc@2M/10Vpp/50Ω负载 >80dBc@500K/10Vpp/50Ω负载■工作电流外部设定，可数字控制■摆率：500V/us ■最大差分输出：2倍工作电压-6V@50Ω负载 ■TTL/CMOS兼容 ■温度范围-40℃to+85℃ 4、封装类型 ■QFN4×4-16L
5、功能引脚定义 图1、GM3533Top View 序号名称说明 1INP2OP2输入正端 2INN2OP2输入负端 3INN1OP1输入负端 4INP1OP1输入正端 5EN1使能端1 6EN2使能端2 7GND接地端 8GND接地端 9OUTP OP2输出 10OUTP OP2输出 11OUTN OP1输出 12OUTN OP1输出 13VDD供电端 14VDD供电端 15VCM共模电平，外接电容16REXT电流设定端，外接电阻17EP散热底盘，接地 注意：EP必须在PCB设计时接露铜散热区
电力系统通信学习报告 作为一名电力系统及其自动化的研究生，了解和学习电力系统通信的知识是非常必要的，我通过借阅相关图书，查阅一些前沿刊物，对电力系统通信有了一个大概的了解，下面我对自己的所学所得做一下总结。 一、电力系统的作用和意义 电力通信作为行业性的专用通信网，是随电力系统的发展需要而逐步形成和发展的。它主要用来缓解公网发展缓慢而造成的通信能力不足并填补公网难以满足一些电力部门特殊通信需求的矛盾，以保证电力专业化生产正常高效地进行。电力通信的业务可划分为关键运行业务和事务管理业务两大类。关键运行业务是指远动信号、数据采集与监视控制系统、能量管理系统、继电保护信号和调度电话等；事务管理业务包括行政电话、会议电话和会议电视、管理信息数据等。不同的电力通信业务，要求也不同。关键运行业务信息量不大。但对通信的实时性、准确性和可靠性要求很高；事务管理性业务则是业务种类多、变化快、通信流量大。 电力通信主要为电网的综合自动化控制、商业化运营和实现现代化管理服务。它是电网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础，是电力市场运营商业化的保障，是实现电力系统现代化管理的重要前提，也是非电产业经营多样化的基础。 二、电力通信网的构成及特点 电力通信网是由光纤、微波及卫星电路构成主干线，各支路充分利用电力线载波、特种光缆等电力系统特有的通信方式，并采用明线、电缆、无线等多种通信手段及程控交换机、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信网。1.电力系统的主要几种通信方式: a．电力线载波通信 电力线路主要是用来输送工频电流的。若将话音及其他信息通过载波机变换成高频弱电流，利用电力线路进行传送，这就是电力线载波通信，具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点。 虽然在有线通信中，话音信号可以利用明线或电缆直接进行传送，但在高压输电线路上，由于工频电压很高（数十万、百万伏特）、电流很大（上千安培），其谐波分量也很大，这些谐波如果和话音信号混合在一起是无法区分的，而且其谐波值往往比一般的话音信号大得多；对话音信号产生严重干扰，因此在电力线上直接传送话音信号是不可能的。为此，必须利用载波机将低频话音信号调制成40kHZ以上的高频信号，通过专门的结合设备耦会到电力线上，使信号沿电力线传输，到达对方终端后，采用滤波器很容易将高频信号和工频信号分开；而对应于40 kHZ以上的工频谐波电流，是50HZ电流的800次以上谐波，其幅值已很小，对话音信号的干扰已减至可接受的程度。这种利用电力线既传送电力电流又传送高频载波信号的技术，称为电力线的复用。 除此之外，电力线载波通信中还有利用电力线路架空地线传送载波信号的绝缘地线载波等方法。与普通电力线载波比较，绝缘地线载波不受线路停电检修或输电线路发生接地故障的影响，而且地线处于绝缘状态可减少大量的电能损耗。 b．光纤通信 由于光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点，它一问世便首先在电力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外，一
通信系统课程设计报告 题目：模拟线性调制系统的 建模、设计与计算机仿真分析 学院xx 专业班级xx 学生姓名xx 学生学号xx 提交日期 2015.6.28
目录 1 设计目的 (2) 2 设计要求和设计指标 (3) 3 设计内容 (3) 3.1线性调制的一般原理 (3) 3.2常规双边带调制AM (4) 3.2.1 AM调制工作原理 (4) 3.2.2 AM调制解调仿真电路 (5) 3.2.3 AM调制解调仿真结果与分析 (6) 3.3双边带调制DSB (9) 3.3.1 DSB调制解调工作原理 (9) 3.3.2 DSB调制解调仿真电路 (10) 3.3.3 DSB调制解调仿真结果与分析 (11)
3.4单边带调制SSB (14) 3.4.1 SSB调制解调工作原理 (14) 3.4.2 SSB调制解调仿真电路 (17) 3.4.3 SSB调制解调仿真结果与分析 (18) 4 本设计改进建议 (21) 5 总结 (21) 参考文献 (21) 2 设计目的 (1)使学生掌握系统各功能模块的基本工作原理；
(2) 培养学生掌握电路设计的基本思路和方法； (3) 能提高学生对所学理论知识的理解能力； (4) 能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新能力； (5) 提高学生的科技论文写作能力。 2 设计要求和设计指标 (1) 学习SystemView 仿真软件； (2) 对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析； (3) 提出系统的设计方案，选用合适的模块； (4) 对所设计系统进行仿真; (5) 并对仿真结果进行分析。 3 设计内容 3.1 线性调制的一般原理 模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统的设计与仿真。线性调制系统中，常用的方法有AM 调制，DSB 调制，SSB 调制。 线性调制的一般原理： 载波：)cos()(0?ω+=t A t s c 调制信号：)cos()()(0?ω+=t t Am t s c m 式中()t m —基带信号。 线性调制器的一般模型如图3-1
八、电力线载波部分：49题(716-764) 716. 电力线载波通信的特点是什么? 答：线路衰减小，机械强度高，传输可靠; 线路存在强大的电磁干扰，要求电力线载波设备具有较高的发信功率，以获得必需的输出信噪比; 具有独特的耦合设备。电力线载波通信是电力系统特有的通信方式。 717. 我国规定高压电力线载波通信的频率使用围是多少? 答：40～500kHz。 718. 电力线载波通信系统主要由哪些部分构成? 答：电力线载波通信系统主要由电力线载波机、电力线路和耦合装置构成。 719. 电力线载波通信的耦合装置由哪些部分构成? 答：耦合装置由线路阻波器、耦合电容器、结合滤波器(又称结合设备)和高频电缆构成。 720. 电力线高频通道由哪些部分组成? 答：电力线高频通道由耦合装置与电力线路一起组成。 721. 耦合电容的作用是什么? 答：通高频，阻工频。 722. 结合滤波器的作用是什么? 答：阻工频，通高频载波。 723. 线路阻波器的主要作用是什么? 答：通工频，阻高频。 724. 对连接结合设备的次级端子和载波机的高频电缆有什么要求? 答：按照载波机载波输出输入端不同阻抗的要求，可以用不对称电缆(同轴电缆)，也可用对称电缆。电缆的阻抗值，同轴电缆一般为75Ω;对称电缆一般为150Ω。我国主要采用同轴电缆。 725. 简述电力线载波进行话音通信的原理? 答：利用载波机将低频话音信号调制成 40kHz以上的高频信号，通过专门的结合设备耦合到电力线上，信号会沿电力线传输，到达对方终端后，再采用滤波器将高频信号和工频信号分开，通过解调还原出低频语音信号。 726. 能否在输电线上直接传送话音信号?简单说明理由。 答：不能，因为高压输电线路上输送的工频电压很高，电流很大，其谐波分量也很大，这些谐波落会在语音频段，与话音信号混合在一起无法区分，且其谐波幅值往往比一般传送的话音信号大得多，对话音信号产生严重干扰，因此不能在电力线上直接传送话音信号。 727. 利用载波设备传输音频信号，高压电力线的工频电流是否会对它产生严重干扰?简述原因。 答：不会，因为载波频率是40kHz以上，需要50Hz工频电流的800次以上谐波才会对此频段造成干扰，而实际上800次以上谐波其幅值已相当小，对话音信号的干扰已减至可以接受的程度。
电力线载波通信技术的发展及特点 摘要 本文介绍了电力线载波通信的发展及特点，文中主要就高压电力线载波通信、中压配电网电力线载波数据通信和低压用户配电网电力线载波通信，以及与其相关的关键技术问题进行了讨论。 0 引言 电力线载波（Power Line Carrier - PLC）通信是利用高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来，高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代。并且，随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面，电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。在这种形势下，本文旨在通过对电力线载波通信技术的发展及所涉及的一些技术问题的讨论，阐明电力线载波通信的发展历程、特点及技术关键。 2 电力线载波通信的特点
2.1 高压载波路由合理，通道建设投资相对较低高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站，再到调度所，正是电力调度通信所要求的合理路由，并且载波通道建设只需结合加工设备的投入而无须考虑线路投资，因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式，尤其在边远地区更是这样。电力线载波通道往往先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通十分有利。为此，只要妥善解决电力线载波信道的容量问题，载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户电网载波中，节省线路建设费用，无须考虑破坏家庭已装修环境，也仍然是载波通信的优势。 2.2 传输频带受限，传输容量相对较小 在高压电网中，一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰电力线载波的通信频带限制于40～500kHz之内，按照单方向占用4kHz带宽计算，理想情况下一条线路可安排115条高频载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限（13～43dB），不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道，因此，真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的，在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”问题。尽管我们在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。近来随着光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现，稍微缓解了载波频谱的紧张程度。在10kV中压配电
1. 窄带电力线通信技术： 1) 中压窄带载波一般采用10-500KHz 频段 2) 速率150-2400bps ，采用OFDM 调制可达100kbps 以上 3) 传输距离较长，架空线路距离大于10km 4) 调制技术FSK、PSK，新型技术采用OFDM 近年来，随着低压电力线载波通信技术逐步完善，国内有十余家企业专注于技术开发和应用，采用的技术主要有扩频加窄带频移键控( FSK)、扩频加窄带相移键控( PSK)、正交频分复用( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ，OFDM )等，在用电信息采集、智能家居能源管理、楼宇监视和路 灯控制等领域均有大规模的应用。 国内比较主流的低压电力线窄带载波通信技术方案及应用如错误!未找到引用源。所示： 除了以上低压电力线载波通信方案，近两年在国家电网集中招标中也出现过、、 300kHz 等多种频率方案，由于大部分通信厂家采用各自的企业标准，频率选择、调制方式、传输技术 及组网技术各有特点，难以实现互操作问题。 国内窄带电力载波通信技术发展现状 、国内现有载波通信技术特点
现有的低压载波通信芯片的技术特点可以从调制方式、传输速率、通信频率、通信功率、EMI 标准、芯片技术等方面来分析。 1.调制方式与传输速率目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp 和正交频分复用OFDM 等。此外，跳频FH、跳时TH 以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。 国内载波通信产品主要采用直接序列扩频技术。其中东软为FSK，15 位直序列扩频通信；福星晓程DPSK 63 位直序扩频；弥亚微为QPSK 扩频调相、过零同步、分时传输；鼎信为二进制连续相位移频FSK，过零同步、分时传输。 上述各家的扩频技术各有不同特点。对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。目前这四家中，传输速率分别为： 弥亚微，同时提供200 、400 、800 、1600bps 四种可变速率；东软：330bps ； 福星晓程：250/500bps ；鼎信：100bps 。 按照现阶段现场实际应用状况来看100 至500bps 速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控制（断送电）和管理功能则需要提供更高速率保证。 2. 通信频率 关于通信频率，在美国由联邦通信委员会FCC 规定了电力线频带宽度为100~450kHZ ；在欧洲由欧洲电气标准委员会的EN50065-1 规定电力载波频带为3~148.5kHZ 。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献，目前全球AMR 系统均采用该频段标准。 国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为2 家，分别是福星晓程120KHz 和弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz 三种可选。 3. 通信功率及EMI 指标国内东软、福星晓程、鼎信等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法。在实际产品化的过程中，基本上做到3W 至5W ，有的电表厂甚至做到了8W ，这种做法是绝对不可取的。 首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成大量的能源浪费，这也有悖于国网公司上集抄系统的初衷； 其次，如此大的功率传输将会严重污染电力线信道环境，我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者，现在却也能成为最大的制造者。 就目前研究了解的情况，国内只有弥亚微的载波芯片Mi200E 采取低功耗设计。其发送信号时的功率仅为0.4W ，在保证可靠的通信性能的同时该芯片EMI 等相关指标满足欧洲标准。 4. 芯片技术严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企业，像东软和鼎信均是采用MOTROLA 的MC3361 ＋单片机通过软件完成物理层、MAC 层、网络层的模式。其优点是降低了研发难度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。福星晓程和弥亚微均 是完全自主开发的载波通信芯片产品。 二、国内载波芯片产品分析 青岛东软该公司是国内较早对低压载波进行投入的厂家，目前市场分额较大。 主要产品主要特点是：采用FSK调制方式，信号频率为270K ；软件相关器和匹配滤波器，63 位码序列，码速率 20.8k 波特；自适应数字信号处理和模糊处理技术，具备前向纠错功能；帧中继转发机制，支持3 级中继深度。 但东软的载波方案不满足相关国际标准，通信模块的EMI 特性难以满足，会对电网带来比较大的谐波干扰。同时，由