基于电力线载波通信的数据传输系统研究与实现

摘要

电力线载波通信(Power line carrier communications，PLC)是利用电力线作为介质传输信号的一种新通信技术，它充分利用了现有的电力网络资源，在不影响电力线路传输电能的同时，实现数据、语音、视频等多媒体传输。PLC具有不需要重新布线、数据通信网络建设速度快和投资少的特点，可以实现传输速度高于现有无线技术的通信。而且由于电力线网络分布广泛，PLC数据通信网络和宽带接入具有其他技术难以比拟的优势。
　　 然而，电力线是为电能输送设计的，PLC需要克服电力线信道的恶劣环境。因此，本文从电力线信道的输入阻抗特性、信道衰落特性、噪声特性和时变特性等几个方面进行了分析讨论。电力线信道的输入阻抗总体上随频率增加而增加，在某些频率上有剧烈波动；电力线上信道衰落正比于通信距离和通信速率，会出现频率选择性衰落；信道噪声来源复杂，包括有色噪声、窄带噪声、周期噪声和随机噪声等；因不同时间电力线上的用电设备不同，电力线的噪声及其他参量具有时变性。在PLC中采用了各种不同的调制技术(FSK、扩频通信和OFDM)来克服这些不利因素，本文对它们的工作原理和特点进行了探讨。论文主要工作如下：
　　 (1)设计并实现了基于PLC芯片ST7538低压窄带数据传输系统。包括电力线载波自动抄表系统和PLC公共照明等用电设备监控系统。
　　 (2)设计了树形结构的三相电力线数据通信网络。通过中继实现远距离传输，克服了PLC传输距离相对短的问题。考虑电力线信道特点，通信采用应答方式和超时重发机制，根据信道的时变特性完成数据通信。
　　 (3)设计并实现了具有串行通信接口的基于ST7538的PLC模块，制定了用于数据传输的通信协议，具备中继传输功能，可扩展性、通用性好。
　　 (4)在自动抄表系统中，对数据终端站的硬件设计、数据采集、存储、查询和读取的软件设计、以及数据通信协议的软件实现方法等几个方面进行了详细介绍。在公共照明设备自动监控系统中，对控制终端的硬件设计及其工作原理进行了分析说明，并对软件编程方法进行了介绍。
　　 (5)研制了PLC自动抄表系统样机，并通过了实验测试。