摘  要： 針對(duì)目前基于低壓電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信信道編碼技術(shù)進(jìn)行了探討與研究，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了電力線(xiàn)通信。通過(guò)對(duì)目前比較常用的載波通信方法進(jìn)行比較，進(jìn)而為通信信道編碼提供研究基礎(chǔ)，根據(jù)電力線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體環(huán)境情況進(jìn)行選取，并對(duì)低壓電力線(xiàn)設(shè)計(jì)方法加以改進(jìn)，以達(dá)到對(duì)低壓電力線(xiàn)上數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行差錯(cuò)控制的目的。在編碼方法的基礎(chǔ)上搭建基于RISE3201低壓電力線(xiàn)數(shù)據(jù)通信硬件和軟件部分。
關(guān)鍵詞： 低壓電力線(xiàn)；載波通信；RISE3201

    電力線(xiàn)通信PLC(Power Line Communication)是指利用電力線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和話(huà)音信號(hào)的一種通信方式，它建立在電力配電網(wǎng)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了電力線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間以及與其他通信網(wǎng)絡(luò)之間的通信。近幾年，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，PLC因其分布廣、低成本、高速率、即插即用、可移動(dòng)等優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前通信研究的一個(gè)熱點(diǎn)。而現(xiàn)有的功能僅是傳輸電能，如何利用網(wǎng)絡(luò)資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)窄帶或?qū)拵ㄐ?，使之成為繼電信、電話(huà)、無(wú)線(xiàn)通信、衛(wèi)星通信之后的又一通信網(wǎng)，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技人員技術(shù)的又一目標(biāo)。電力網(wǎng)成為一個(gè)新的通信網(wǎng)技術(shù)其手段只有載波通信，載波通信是基于頻分復(fù)用技術(shù)的電話(huà)多路通信體制。屬于經(jīng)典模擬通信的制式。通過(guò)各種測(cè)量結(jié)果的分析和噪聲模型及信號(hào)傳播模型的研究，建立一個(gè)通用的精確模型來(lái)模擬所有的低壓配電網(wǎng)信道情況相當(dāng)困難，甚至不可能，但建立一個(gè)能反映通道基本特征的近似模型卻是可能的，它的建立可為低壓電力線(xiàn)載波通信研究提供有效的手段，在低壓電線(xiàn)的傳輸中可發(fā)揮重要作用[1-3]。
1 編碼方法
    在低壓電力線(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸中，由于信道不理想以及加性噪聲的影響，傳輸信號(hào)碼元波形會(huì)變壞，造成接收端錯(cuò)誤判決。為了盡量減小數(shù)字通信中信息碼元差錯(cuò)概率(誤碼率)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)基帶信號(hào)并采用均衡技術(shù)以減小信道線(xiàn)性畸變引起碼間干擾(乘性干擾)。對(duì)于由信道噪聲引起的加性干擾，應(yīng)考慮采取加大發(fā)送功率、適當(dāng)選擇調(diào)制解調(diào)方式等措施。但是，隨著現(xiàn)在數(shù)字通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳輸速率的不斷提高，對(duì)信息碼元差錯(cuò)概率的要求也越來(lái)越高，并且信道帶寬和發(fā)送功率受到限制，此時(shí)就需要采用信道編碼，又稱(chēng)差錯(cuò)控制技術(shù)。本文根據(jù)低壓電力線(xiàn)信道實(shí)際情況，探討了數(shù)字通信中信道編碼技術(shù)，采用CRC碼、漢明碼對(duì)低壓電力線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行差錯(cuò)控制[4]。
2 低壓電力線(xiàn)載波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    低壓電力線(xiàn)載波通信系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，電力載波模塊使用PLC調(diào)制解調(diào)器連接到電力線(xiàn)，進(jìn)行信息交換。

3 硬件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)的核心是RISE3201，該芯片是一種智能控制網(wǎng)絡(luò)的單片系統(tǒng)芯片(SoC)，它利用分布最廣的低壓電力線(xiàn)作為通信媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)控制等功能。可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表和負(fù)荷管理、工業(yè)自動(dòng)化控制、安防系統(tǒng)、交通運(yùn)輸自動(dòng)化、家庭智能化等領(lǐng)域。RISE3201的設(shè)計(jì)符合EIA-709.1、EIA-709.2等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。使用RISE3201，1個(gè)通信節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)配置為1個(gè)路由或中繼節(jié)點(diǎn)，其遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的出色的物理層性能和自動(dòng)路由的特點(diǎn)保證了可靠的網(wǎng)絡(luò)通信性能。但要實(shí)現(xiàn)通信還需增加外圍電路，如耦合電路、實(shí)現(xiàn)濾波、功率放大功能的發(fā)送電路、實(shí)現(xiàn)濾波作用的接收電路等[5]。如圖2所示。

3.1 發(fā)送電路
    發(fā)送電路的功能是把經(jīng)調(diào)制并按一定協(xié)議打包的信號(hào)發(fā)射到電力線(xiàn)上。由于芯片輸出的載波信號(hào)達(dá)不到功率要求，所以需先經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，COMM MCU根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的頻點(diǎn)以使發(fā)送的信號(hào)衰減最小。發(fā)送電路如圖3所示。發(fā)送部分的作用是對(duì)RISE3201輸出的載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行濾波、功率放大，從而將處理后的信號(hào)以較高的效率傳輸?shù)降蛪弘娏€(xiàn)上。

3.2 接收電路
    載波信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電路、載波接收電路進(jìn)入RISE3201。接收電路配合RISE3201內(nèi)嵌的BPSK及DSP模塊，檢測(cè)并在接收鏈上消除脈沖噪音，用多級(jí)數(shù)字和模擬濾波器消除多頻點(diǎn)噪音，高級(jí)的信道獲取算法保證信號(hào)低于噪音的情況下也能夠獲取信號(hào)。而芯片內(nèi)嵌的自動(dòng)增益控制(AGC)劃分成模擬域和數(shù)字域，使RISE3201芯片能夠在很寬的范圍調(diào)整接收信號(hào)電平，如圖4所示。

3.3 耦合電路
    耦合單元是載波信號(hào)的輸出和輸入通道，當(dāng)RISE3201處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，耦合單元將RISE3201產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)送入低壓電力線(xiàn)上進(jìn)行傳輸；當(dāng)RISE3201處于接收狀態(tài)時(shí)，耦合單元在電力線(xiàn)上提取高頻載波信號(hào)以便進(jìn)行解調(diào)，同時(shí)阻止電力線(xiàn)的工頻電流進(jìn)入通信終端。
4 軟件設(shè)計(jì)
    PC機(jī)通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)到Modem，Modem將數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，經(jīng)數(shù)據(jù)輸出口發(fā)射出去，再經(jīng)外圍的發(fā)送電路功率放大后，經(jīng)耦合電路發(fā)送到電力線(xiàn)上；接收端則是有耦合電路提取載波信號(hào)，經(jīng)外圍接收電路濾波，輸入到Modem的數(shù)據(jù)輸入口，由Modem完成解調(diào)解擴(kuò)后，通過(guò)串口上傳至PC機(jī)[6-8]。軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

    本文根據(jù)我國(guó)低壓電力線(xiàn)特性設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RISE3201的電力線(xiàn)通信系統(tǒng)，在低壓電力線(xiàn)載波通信模塊軟件功能設(shè)計(jì)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)基于低壓電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信信道編碼技術(shù)進(jìn)行探討與研究，并通過(guò)協(xié)議的編制以實(shí)現(xiàn)通信。在實(shí)際信道傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，由于信道的傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，接收的信號(hào)不可避免地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。在采取適當(dāng)?shù)挠布O(shè)備以提高信道性能后，可進(jìn)一步采取信道編碼，進(jìn)一步提高通信質(zhì)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能可靠地在低壓電力線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。此系統(tǒng)可用于構(gòu)建智能家居、辦公單位及小區(qū)等局域網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)
[1] 潘瑩玉.我國(guó)電力線(xiàn)載波通信的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)電子商情：通信市場(chǎng)，2001(2)：53-56.
[2] 甘武，鄧宏偉.電力線(xiàn)通信技術(shù)及其應(yīng)用[J].山東電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2004,7(1)：65-66.
[3] 龐斜，何海波，吳昕.低壓電力線(xiàn)載波通信中信道模型的研究[J].黑龍江電力，2002，24(6)：413-415.
[4] 董莉.電力線(xiàn)擴(kuò)頻載波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[D].四川大學(xué)，2003.
[5] 瑞斯康微電子有限公司.RISE3201數(shù)據(jù)手冊(cè).
[6] 趙峰.低壓電力線(xiàn)載波通信模塊協(xié)議軟件的研究與實(shí)現(xiàn)[D].四川：電子科技大學(xué)，2006.
[7] 邵名波.調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].江蘇：南京理工大學(xué)，2005.
[8] 求是科技.8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2006.