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1載波技術(shù)概述
目前,我省主要采用的窄帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)主要有:(1)PSK相移鍵控。該方式通過調(diào)制載波的相位來傳輸數(shù)據(jù),也是一種線性調(diào)制技術(shù),同樣存在邊瓣再生的問題,特別在發(fā)生相位突變時,包絡(luò)不恒定而導(dǎo)致在通過帶限信道后頻譜發(fā)生擴散。(2)FSK頻移鍵控。通過2個不同的載波代表二進制數(shù)據(jù)中的2種狀態(tài),來完成數(shù)據(jù)的調(diào)制,它屬于非線性調(diào)制。同時,不管調(diào)制信號如何改變,載波的幅度是恒定的,所以它也是一種恒包絡(luò)調(diào)制。它可以使用功率效率高的C類放大器,而不會使發(fā)送信號占用的頻譜增大;帶外輻射低;接收機設(shè)計簡單。不過其占用帶寬比線性調(diào)制大。在大多數(shù)情況下,數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號的離散值去鍵控載波。對載波的幅度、頻率或相位進行鍵控,便可獲得ASK、FSK、PSK等。這三種數(shù)字調(diào)制方式在抗干擾噪聲能力和信號頻譜利用率等方面,以相干PSK的性能最好,目前已在中、高速傳輸數(shù)據(jù)時得到廣泛應(yīng)用。以上調(diào)制方式都屬于窄帶通信技術(shù),同時窄帶通信技術(shù)還包括QAM調(diào)制、無載波調(diào)幅調(diào)相(CAP)、DMT調(diào)制及擴展頻譜技術(shù)等。窄帶通信方式易于實現(xiàn),但抗干擾能力弱,配電網(wǎng)各頻帶的衰減隨著負(fù)荷的動態(tài)投切而隨機變化,會出現(xiàn)衰減很大的頻帶,這使得想要選出一段完美的電力線通信頻帶很難,通常依靠選擇載波頻率在衰減小的頻帶里或者均衡技術(shù)來克服信道的變化。但這使得均衡技術(shù)非常復(fù)雜,以至于成本難以接受。同時盡管接收機具有較窄的通帶,使僅有一部分噪聲進入接收機,由于接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因數(shù),瞬間的脈沖噪聲會使其發(fā)生自干擾,而低品質(zhì)的濾波器又會使通帶帶寬加大,令更多噪聲進入接收器。所以窄帶通信的抗脈沖噪聲性較差。
2波芯片在集抄中的應(yīng)用
如圖1所示是典型的具有載波通訊功能的單相表設(shè)計原理框圖,載波電路的核心是載波發(fā)送和載波接收電路的設(shè)計及載波芯片外圍調(diào)制電路的設(shè)計。如圖2所示是采用載波通訊方式的集抄方案拓?fù)鋱D。臺區(qū)集中抄表系統(tǒng)是以計算機應(yīng)用技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、低壓電力線載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的大型信息采集處理系統(tǒng)。由系統(tǒng)主站、臺區(qū)集中器、客戶側(cè)直接載波電能表,以及主站與集中器、集中器與載波電能表之間的數(shù)據(jù)傳輸信道組成。下面對集抄應(yīng)用中的幾個載波相關(guān)功能進行說明和介紹。由于各個載波芯片廠家的方案略有不同,所以只是做原理性介紹。
2.1耦合電路(Coupling電路)。耦合電路如圖3所示,其是載波信號的輸出和輸入通路,并起隔離220V/50Hz的工頻的作用。該電路在設(shè)計時需考慮220V線路側(cè)的阻抗特性。信號耦合變壓器,220V線路側(cè)阻抗一般取3~30n。然后確定線圈初次級的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計功率放大器的輸出匹配電阻。
2.2濾波電路(Filter電路)。如圖4所示濾波電路,該濾波器為帶通濾波器。其不僅要將帶外雜波濾除,還要保證前后級之間的阻抗匹配,以達到順利傳遞信號的目的。由于主晶振的工作頻率不同,載頻也不同;調(diào)制周波數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸速率不同,帶寬也不同。因此,濾波器的參數(shù)在主晶振頻率不同時也將有所變化的。本電路的帶通頻率范圍是400kHz~600kHz。
2.3信號放大電路(PAMP電路)。如圖5所示為信號放大電路,其放大的目的是將濾波后的信號不失真的放大75倍以上,以達到30dB以上增益的要求。特別注意的是小信號的不失真。因為主要是完成小信號的放大。并注意電路本身的噪聲干擾不能過大。經(jīng)該放大電路放大后可接入運算放大器繼續(xù)將信號放大。
2.4自動路由功能。集中器與載波表之間的傳輸距離受線路特性的影響,而一次成功的通信,首先要滿足本地接收信號的解調(diào)信噪比。根據(jù)我國電網(wǎng)的實際經(jīng)驗,500m以內(nèi)的范圍是單級載波可靠傳輸?shù)睦硐刖嚯x。要做到任何情況下抄通率的100%,肯定需要中繼。在集抄系統(tǒng)中,自動路由算法包含在集中器內(nèi),通過載波協(xié)議,每一電表終端模塊都可作為其他電表的中繼。當(dāng)需要中繼時,集中器能根據(jù)線路的情況,實時、智能、快速地調(diào)整路由,完成集中器到目的電表的通信,無需人工干預(yù)。而固定中繼是不可取的,既難以維護,實效性也差。綜合各地需求,集中器的自動路由最多要求達到7級,保證系統(tǒng)2km的最遠距離。
3結(jié)束語
綜上所述,在環(huán)境條件良好的情況下以載波為通訊方式的集抄系統(tǒng)不失為一種好辦法,且此方式已在全國范圍內(nèi)展開。目前在我省用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中已經(jīng)采用此方式做為集抄改造工程的首選方式,且效果良好。從目前而言,電力網(wǎng)有可能成為繼寬帶網(wǎng)絡(luò)、電話、無線通信、衛(wèi)星通信、有線電視等通訊技術(shù)之后又一個可以普及的通信技術(shù)。
本文作者:楊艷、牟穎瑩、侯靜單位:青海電力科學(xué)試驗研究院