基于HomePlug GreenPHY的电力载波单元的设计与实现

摘要

电力线载波通信（PLC）是利用电力线作为介质传输信号的一种通信方法。在之前的几十年，电力线曾被用于低速数据通信，电力线由于其自身噪声严重和不可预测的特点，很少作为高速数据通信信道。但是近年来通信和调制技术的发展，特别是自适应数字信号处理和错误检测及纠正技术，电力线通信技术出现新的MAC层和物理层协议，其性能可以和一些专用有线网络技术以及最近十年流行的无线局域网技术相媲美。
　　2010年HomePlug Powerline联盟颁布了完整的HomePlugGreenPHY规范，该规范基于正交频分复用技术，主要用于电力线网络技术，是实现智能电网功能以及电力线家庭网络的主要标准。
　　近年国家电网公司提出使用低压宽带电力载波进行用电信息采集的要求，主要用于集中器到台区之间的数据通信，解决了传统GPRS通信高成本、不稳定、传输速率慢等缺点。需要对国家电网的需求进行解决方案设计，即要使用复杂电力线进行稳定、长距离、高速率的数据通信，又要满足国家电网绿色电网低功耗、低成本的需求，最终选择符合HomePlug GreenPHY规范的高通QCA7000芯片为核心，设计电力载波单元的硬件部分。
　　本文首先介绍了课题的研究背景，智能电网的需求以及HomePlug系列标准的发展过程。其次分析了HomePlug GreenPHY标准，主要介绍HomePlug GreenPHY的物理层、MAC层和节能模式，以及与HomePlug AV的比较。然后提出HomePlug GreenPHY实际应用的解决方案，主要介绍在用电信息采集方面的应用。然后设计HomePlug GreenPHY载波单元的硬件系统，主要介绍核心芯片高通QCA7000和载波单元部分电路的设计。最后介绍HomePlug GreenPHY电力载波单元测试情况，主要是在实际环境中安装测试的情况。经过系统性能测试，结果表明设计的载波单元性能达到了国家电网公司的产品性能要求。载波单元最后实际应用于小区的用电信息采集中，实现了使用低压电力线进行数据稳定的长距离高速传输。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2电力载波技术目前状况

1.3HomePlug GreenPHY技术的发展状况

1.4论文的研究内容和安排

第二章HomePlug GreenPHY标准

2.1 HomePlug GreenPHY在智能电网技术发展的作用

2.2HomePlug AV介绍

2.3HomePlug GreenPHY介绍

第三章 HomePlug GreenPHY应用解决方案

3.1电力载波技术在实际应用中的优劣

3.2 HomePlug GreenPHY在用电信息采集方面的应用

3.3 HomePlug GreenPHY在充电式电动汽车方面的应用

3.4 HomePlug GreenPHY在智能家居方面的应用

第四章HomePlug GreenPHY电力载波单元设计

4.1 HomePlug GreenPHY电力载波单元设计方案

4.2 QCA7000芯片简介

4.3载波单元电路设计

第五章HomePlug GreenPHY电力载波单元测试及实际应用

5.1实验室测试

5.2实际应用环境中的实际应用情况

第六章 结束语

参考文献

致谢

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