低压电力线载波技术用于抄表系统的有关问题分析
2006-01-19 17:19:21 来源:
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电力18讯: 低压电力线载波通信,是自动抄表系统(集中抄表系统)的一个至关重要的环节,其解决方案的优劣直接影响到系统的技术水平和实用性。一个合理的解决方案必须是在充分地考虑了以下问题的基础上提出:
1.工作频段
早在20世纪90年代初期,欧洲就提出了BS EN 50065标准,此标准对在低压电力线上的载波信号的频段、频带和电平等做出了具体的规定。迄今为止,这一标准仍是全球唯一的针对性的标准,全世界范围内在低压电力线上的任何方式载波无不严格地遵循它。此标准的第一部分即: BS EN 50065-1对频段的规定是:
3kHz~9kHz ---- 电力公司专用频段。
9kHz~95kHz ---- 电力公司和经电力公司许可的用户使用的频段。
95kHz~148.5kHz ---- 其它用户使用的频段。
当今的技术发展日新月异,全球不少重量级的公司(例如Microsoft、Intellon、THOMSON、3COM、AMD等)都不惜高昂的研发费用,开发低压电力线资源,低压电力线作为一种新的通信载体,将在未来家庭网络技术方面发挥出不可替代的作用。可以相信,在不久的将来,低压载波电力线将同无线电波一样变得十分宝贵,因此将受到严格的管理和控制。鉴于此, 抄表系统所使的载波频段应选择在95kHz以下。关于这一点,在我国的行业标准《低压电力用户集中抄表系统技术条件》--- DL/T 698-1999中也已明确提出。
2.传输速率(波特率)
载波通信的传输速率是自动抄表系统的一项重要技术指标,也是载波通信技术水平的一项重要标志。通信速率(波特率)和误码率是一对矛盾,波特率越高,误码率就越高,通信成功率就越低。因此波特率的设计至关重要。 对于抄表系统而言,考虑到成本的因素,不宜追求很高的传输速率,在性价比合适的前提下,通常速率应在2400bps以下。对实际使用来讲,从300bps~2400bps都是可行的,但如果太低(比如300bps以下),仅仅用于抄表尚可以使用,但如果系统具备较强的管理功能,比如:多费率数据、相位平衡数据、线损数据和频繁抄表等,太低的传输速率就无法满足了。另一方面,速率太低,多数情况下需要设备(电表端和集中器)长时间地处于发送状态,整体功耗就会很大。
3.双向通信
在抄表系统中,低压载波通信必须是双向的,这是因为:
● 通信中继的需要:低压电网上丰富的噪声是客观存在的,对载波信号所呈现出阻抗也是动态的,而且在用电负荷很大时,阻抗是很小的( Z <1Ω是可能的)。因此,设计通信时必须面对这个客观。再加上其他因素的影响,数据通信的成功率会受到较大的影响,有时甚至会造成从集中器到表端设备通信的持续性失败,这种情况下就需要系统有中继的功能,而切实可行的中继方法是表端设备(采集模块或采集终端)在集中器的干预下进行中继,这就要求从集中器到表端的载波通信必须是双向,否则将会严重影响数据的完整性,有时会因为通信的原因迫使用户更换采集模块,其麻烦程度和经济损失是不言而喻的。
● 多费率和管理的需要:比如校时、修改时段、断电等功能,要求通信必须是双向的。
● 系统的任何扩展都需要载波通信是双向的。
Archnet抄表系统的每一个表端设备(采集模块/终端)都具有中继功能。
集中器对执行中继模块/终端的选择有自动识别和人工确定两种。
4.调制解调方法
由于电力线信道中存在着大量的无规律干扰源,有窄带的,也有宽带的,且电力线的阻抗随机变化,对载波信号的衰减很大。目前市场销售产品的调制/解调方法大致分为点频和扩频,而扩频又分为窄带扩频和宽带扩频。通常点频方式需要较大的发送功率,载波信号幅度有可能超出规定标准。 宽带扩频容易提高传输速率,但成本较高,而且占用较宽的频带也是资源的浪费。窄带扩频是一种比较经济的方法。
ARCHNET采用直序扩频频率调制/解调技术实现电力线载波通信。应用先进的模/数转换、数字滤波、数据压缩、相关判决、纠错编码等数字处理技术,极大地提高了数据交换的可靠性和准确性。在噪声很大的情况下,即使S/N<1的情况下依然可以正常通信。
1.工作频段
早在20世纪90年代初期,欧洲就提出了BS EN 50065标准,此标准对在低压电力线上的载波信号的频段、频带和电平等做出了具体的规定。迄今为止,这一标准仍是全球唯一的针对性的标准,全世界范围内在低压电力线上的任何方式载波无不严格地遵循它。此标准的第一部分即: BS EN 50065-1对频段的规定是:
3kHz~9kHz ---- 电力公司专用频段。
9kHz~95kHz ---- 电力公司和经电力公司许可的用户使用的频段。
95kHz~148.5kHz ---- 其它用户使用的频段。
当今的技术发展日新月异,全球不少重量级的公司(例如Microsoft、Intellon、THOMSON、3COM、AMD等)都不惜高昂的研发费用,开发低压电力线资源,低压电力线作为一种新的通信载体,将在未来家庭网络技术方面发挥出不可替代的作用。可以相信,在不久的将来,低压载波电力线将同无线电波一样变得十分宝贵,因此将受到严格的管理和控制。鉴于此, 抄表系统所使的载波频段应选择在95kHz以下。关于这一点,在我国的行业标准《低压电力用户集中抄表系统技术条件》--- DL/T 698-1999中也已明确提出。
2.传输速率(波特率)
载波通信的传输速率是自动抄表系统的一项重要技术指标,也是载波通信技术水平的一项重要标志。通信速率(波特率)和误码率是一对矛盾,波特率越高,误码率就越高,通信成功率就越低。因此波特率的设计至关重要。 对于抄表系统而言,考虑到成本的因素,不宜追求很高的传输速率,在性价比合适的前提下,通常速率应在2400bps以下。对实际使用来讲,从300bps~2400bps都是可行的,但如果太低(比如300bps以下),仅仅用于抄表尚可以使用,但如果系统具备较强的管理功能,比如:多费率数据、相位平衡数据、线损数据和频繁抄表等,太低的传输速率就无法满足了。另一方面,速率太低,多数情况下需要设备(电表端和集中器)长时间地处于发送状态,整体功耗就会很大。
3.双向通信
在抄表系统中,低压载波通信必须是双向的,这是因为:
● 通信中继的需要:低压电网上丰富的噪声是客观存在的,对载波信号所呈现出阻抗也是动态的,而且在用电负荷很大时,阻抗是很小的( Z <1Ω是可能的)。因此,设计通信时必须面对这个客观。再加上其他因素的影响,数据通信的成功率会受到较大的影响,有时甚至会造成从集中器到表端设备通信的持续性失败,这种情况下就需要系统有中继的功能,而切实可行的中继方法是表端设备(采集模块或采集终端)在集中器的干预下进行中继,这就要求从集中器到表端的载波通信必须是双向,否则将会严重影响数据的完整性,有时会因为通信的原因迫使用户更换采集模块,其麻烦程度和经济损失是不言而喻的。
● 多费率和管理的需要:比如校时、修改时段、断电等功能,要求通信必须是双向的。
● 系统的任何扩展都需要载波通信是双向的。
Archnet抄表系统的每一个表端设备(采集模块/终端)都具有中继功能。
集中器对执行中继模块/终端的选择有自动识别和人工确定两种。
4.调制解调方法
由于电力线信道中存在着大量的无规律干扰源,有窄带的,也有宽带的,且电力线的阻抗随机变化,对载波信号的衰减很大。目前市场销售产品的调制/解调方法大致分为点频和扩频,而扩频又分为窄带扩频和宽带扩频。通常点频方式需要较大的发送功率,载波信号幅度有可能超出规定标准。 宽带扩频容易提高传输速率,但成本较高,而且占用较宽的频带也是资源的浪费。窄带扩频是一种比较经济的方法。
ARCHNET采用直序扩频频率调制/解调技术实现电力线载波通信。应用先进的模/数转换、数字滤波、数据压缩、相关判决、纠错编码等数字处理技术,极大地提高了数据交换的可靠性和准确性。在噪声很大的情况下,即使S/N<1的情况下依然可以正常通信。
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