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(多图) 如何设计可靠的电力线通信

Ashish Garg & Angad Singh Gill?? 赛普拉斯半导体?? 2011年07月31日 ?? 收藏0

  电力线通信(PLC)是一种采用电力线作为通讯介质的通信技术。在与供电同一根电力线上传输数据,从而可以将房屋或汽车现有的电力基础设施用于传输数据,而不需要增新加电线。电力线通信技术正在经历快速增长的阶段,并找到了进入多个应用和市场领域的方式,包括智能电网、照明控制、太阳能面板监控、能量计量、家用视频分配、电动汽车等等。全球在提倡节能,这促进了让能源产生和能源消耗的设备互相通讯的需求。电力线通信提供了一个独特的无需新建设施的方法,使智能能量管理技术快速遍布世界各地。和无线解决方案不同,电力线通信不受视线和传输范围的限制。电力线通信对于很多应用来说也是一种低成本和易安装的技术。

  今天,系统设计者能从超过十家半导体供应商买到电力线通信器件。这些器件很多都针对特定的应用和市场进行了优化。现在有如此广泛的选择余地,开发人员需要懂得影响电力线通信系统性能和可靠性的因素,并能克服通常的设计挑战。

  任何通信系统都包括四个主要组成部分:

  1。发射机

  2。接收机

  3。通讯介质

  4。信号本身

  如前面提到的,在电力线通信的通讯介质是电力线。图1显示了一个通用电力

线通信系统框图。发射机调制信号并发送到电力线。另一头的接收机解调信号并接收数据。当到达接收机时信号被电力线的阻抗衰减了。当信号通过电力时,介质中的任何噪声也会破坏信号。

  图1:一个典型的电力线通信系统框图。电力线阻抗衰减了传输信号的。线路噪声可明显影响信号。

  简要地介绍了一下基础,让我们逐个介绍一下影响电力线通信系统性能和可靠性的因素。这些因素包括:

  1)发送信号强度

  2)电力线噪声

  3)电力网络阻抗

  4)网络协议

  5)接收机灵敏度

  对于这些因素我会逐个做一些建议。最后,也会讨论一下多个阶段和系统成本。

  发送(Tx)信号的强度

  较强的Tx信号意味着更多的信号功率经过电力线。较强的信号是不易受电力线噪声影响的,可以传输地更远。Tx信号的强度也会影响电力线通信节点功耗,因为信号能量输入到电力线越多,节点消耗的能量也越多。

  更理想的情况是,开发人员会增加发射机的信号强度,直到他们达到电力线最佳的性能和功率消耗 。然而,Tx信号强度受到一些组织的严密的控制的,如北美的FCC和欧洲的CENELEC。FCC和CENELEC也规范声波,可以由主Tx信号传输到电力线。这些法规要做的是,防止不同频带的信号互相干扰。

  当选择一个电力线通信设备时,检查一下Tx信号是否符合目标市场的强度大小要求。同时也应该符合FCC和CENELEC标准。理想的情况是,Tx增益应该是可配置的,这样你可以根据其他系统调试Tx信号强度。此外,确认PLC节点消耗多少能量,从而达到FCC和CENELEC要求的最佳发射信号的强度。当然,能量消耗越少越好。

  电力线噪声

  一旦发射信号注入到电力线,其完整性取决于线路上噪声大小-噪声越强对噪声的信号破坏就越大。电力线噪声可以来自多个方面。电力线噪声可以简单地分为两种类型:脉冲型和连续型。

  脉冲噪声是不可预知的,并以脉冲序列出现,如图2所示。例如,这种类型的噪声可以来自于一个在厨房里搅拌机的开关。很难设计一个这样的系统,其可忍受不可预测的,巨大的脉冲噪声而不降低数据速率。更常见的情况是,这种类型的噪声会完全覆盖线路上的任何数据包。

  图2:电力线脉冲噪声

  连续噪声,在另一方面,比脉冲噪声更容易预测 (见图3)。连续噪声通常取决于社区,城市,或国家的电力线安装质量。因为电力基础设施最初是设计来用于有效地传输电力而不是数据,所以电力线安装时很少注意到线路的噪声水平。根据系统工作在地球的哪个地方,电力线噪声可能大也可能小。

  图3:电力线连续噪声

  为了能够在电力线上鲁棒性通讯,信噪比(SNR)需要保持在一定的阈值。如果在PLC系统频率范围内有高振幅的连续噪声,最好要隔离噪声,可以通过从PLC接收机移除,或通过在产生噪声设备供电端增加一个拦截电感,来削弱噪声频率使其低于接收机信噪比。

  还有其他一些技术可以使开发人员克服噪声的影响:

  ?双向通讯:如果PLC系统只是单方向通讯,那么没有任何方法使发射机知道通讯是成功还是失败。这是原始单向X10电力线通信技术的最大缺点之一。双向通讯可以使接收机成功接收数据后发出确认。如果没有收到确认,发射机可以进行纠正。

  ?重试:在一个双向系统,通讯可以使用确认机制------如果发射机没有收到接收机的确认,那么智能发射机可重发数据包。如果将自动重试功能设计到电力线通信应用中,就成为可以在电力线上实现高可靠性通信的一个非常有用的手段。

  ?错误检测:即使数据包被


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电力线通信? 半导体? 噪声?

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