低压电力线宽带载波通信系统发射端物理
无线通信技术在电力数据信息采集中的应用
通信网络技术无线通信技术在电力数据信息采集中的应用贺龙（国网吴起县供电公司，陕西延安随着智能电网建设的推进，电力数据信息的采集对于提高电网运行效率和管理水平变得越来越重要。
相比有线通信方式，无线通信技术在电力信息采集系统中的应用呈现独特优势。
文章阐述了无线通信技术的概念、微功率无线通信等相关技术，并剖析了电力信息采集业务模式和电力信息采集系统的组网架构。
在此基础上分析了无线通信技术在电力数据采集过程中的应用情况，包括抗干扰性设计、传输可靠性优化等技术手段，并提出了进一步增强无线通信在电力信息采集可靠性方面的建议。
无线通信技术；电力数据；信息采集Application of Wireless Communication Technology in Power Data Information AcquisitionHE Long(State Grid Wuqi County Power Supply Company, YanAbstract: With the advancement of smart grid construction, the collection of power data information is becoming more and more important to improve the operation efficiency and management level of the power grid. Compared with等技术的发展，无线通信技术正向着更高速率、更大容量、更低延时的方向不断发展。
电力信息采集业务的核心价值在于实现对用户用电数据的全面采集和智能化管理。
通过部署用电信息采集系统，电力部门可以实时掌握用户的用电情况，进行用电分析，发现用电异常行为，并对电量计量进。
精细化的用户用电数据，不仅有利于电力部门更好地开展用户服务、制定电价策略、进行电费保障电能供应质量。
低压电力线载波通信原理及应用分析
低压电力线载波通信原理及应用分析作者：王津来源：《科技创新与应用》2016年第32期摘要：电力线载波通信主要是通过使用配电电力线路作为通信的载体来进行通信，电力线载波通信这一通信方式在电力系统中应用较多。
相较于传统的通信方式，电力线载波通信所使用的通信线路可以直接使用现成的电力线路，而无需额外的进行线路的架设。
只要有电力线路的地方就兴建主通信线。
此外，由于电力线路的接口较为简单、标准因此电力线载波通信的接入较为简单只需要插入电源插头即可。
但是在电力线载波通信的应用中其会受到电力线路中的杂波的干扰从而影响电力线载波通信的通信质量。
电力线载波通信的通信质量与电力线路中的一次电网有着密切的联系，在电力线载波通信建设中可以与一次电网同步施工，建设速度快、投入较低。
文章将在分析低压电力线载波通信发展历程的基础上对低压电力线载波通信上的信号衰减和干扰特性进行分析阐述。
关键词：低压电力线载波通信；噪声；抗干扰前言低压电力线载波通信主要是通过使用低压配电线作为通信的媒介来实现通信的一种通信方式。
低压电力线网络是现今覆盖范围最广的网络，相较于采用专用通信线路来实现的通信，使用低压电力线来作为载波通信的网络具有取材方便，建造成本较低的特点，具有十分高的开发潜力。
1 低压电力线载波通信的发展历程使用低压电力线来构建载波通信网络这一构想已经发展多年了。
国外在多年以前已经开展了相关的研究。
经过多年的研究与发展，在使用低压电力线进行载波通信的研究上国外研究结构已将低压电力线载波通信的原理和低压电力线载波通信信道特性分析和建模、电力载波调制技术以及相关通信芯片的研制等完成了初步探索和完善，并就低压电力线载波通信的相关标准及商业化的运用进行了构建。
相较于国外对于低压电力线载波通信相关技术所投入的时间和资金，我国在低压电力线载波通信的相关研究起步较晚，但是研究发展速度极为迅速并取得了一定的成果。
在对低压电力线载波通信的前期的研究中主要集中在利用国外已有的固化的低压电力线载波通信调制技术和芯片进行相关的扩展开发，近些年来对于低压电力线载波通信的研究则集中于对国内配电网的信道特性进行调制技术的研究和低压电力线载波通信载波芯片的研制。
低压电力线载波通信技术及应用
中图分类号： TM73 文献标识码：A
文章编号： 1674-3415(2009)22-0188-08
0 引言
低压电力线载波PLC ( Power Line Carrier)通信 是以低压配电线(380 V/220 V电力线)作为信息传输 媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式 [1]。电力线网络是目前覆盖范围最广的网络，有着 巨大的潜在利用价值[2]。国外对此研究已有近百年 的历史，在理论和技术上有着绝对的优势。我国电 力网比较独特，直接利用国外先进技术和产品并不 能取得令人满意的效果。目前国内参与低压电力载 波通信研究的公司、高校及研究机构日益增多，已
摘要：针对农业节水灌溉监测与控制的技术需求，论文介绍国内外低压电力载波通信技术的发展历程和现状，重点讨论了低 压电力载波通信的基本原理、通信信道特性和建模、低压电力载波通信系统的网络组网，对比分析了各种关键技术和各类载 波芯片及模块。同时从三个领域对该技术在我国的具体应用做了分析和总结。最后从四个方面指出了我国未来 5—10 年内该 技术的研究重点和应用方向。
低压电力线载波通信技术
低压电力线载波通信技术嘿，咱今儿个就来唠唠低压电力线载波通信技术。
你说这玩意儿神奇不神奇？就好像是在那错综复杂的电力线里藏了无数条信息高速公路！想象一下，家里的电线不再仅仅只是传输电能的通道，还能同时传输各种数据和信息。
这就好比是本来只能走马车的小道，一下子变成了能跑各种豪车的大马路！以前咱得专门拉各种通信线，现在可好，直接利用现成的电力线，多省事啊！这低压电力线载波通信技术啊，就像是一个默默无闻的大功臣。
它悄咪咪地在幕后工作，让我们的生活变得更加智能和便捷。
比如说，家里的智能电表，不就是通过它来传递数据的嘛！你都不用人工去抄表了，它自动就把数据给传上去了，多厉害呀！而且哦，它的应用可广着呢！在智能家居领域，它能让各种设备之间轻松沟通，实现各种联动。
你想想，你还没到家呢，就能提前让家里的空调打开，等你一进门，哇，那叫一个凉爽！这不比你到家再开空调舒服多啦？这都是低压电力线载波通信技术的功劳呀！再看看那些工厂、企业，有了它，各种设备的监测和控制也变得更加简单高效。
不用再拉一堆乱七八糟的线了，直接利用电力线就行，这得省多少事儿啊！它就像是一个神奇的魔法，让原本普通的电力线变得充满了无限可能。
这技术是不是很牛？咱就说，要是没有它，咱的生活得失去多少便利呀！你说它怎么就能这么厉害呢？其实啊，这都是科技人员们努力钻研的结果。
他们就像一群勤劳的小蜜蜂，不断地探索、尝试，才让这低压电力线载波通信技术变得越来越好。
咱可不能小瞧了这技术，它虽然不声不响的，但却在默默地为我们的生活添砖加瓦呢！以后啊，说不定它还能给我们带来更多的惊喜和便利。
咱就好好享受这科技带来的福利吧，哈哈！你说是不是这么个理儿呢？反正我觉得这低压电力线载波通信技术真的是太了不起啦！。
低压电力线高速载波通信技术
低压电力线高速载波通信技术
低压电力线高速载波通信技术：低压电力线通信是利用电力输配电线路作为传输介质，实现信息的传输和交换。
其中，载波通信技术是低压电力线通信中最常用的一种技术，其主要特点是信号传输距离长、传输速率高、成本低等优点。
在低压电力线载波通信技术中，数据信号通过调制的方式被嵌入到电力信号载波中，然后在电力线上进行传输。
接收端通过解调操作，将信号从电力信号载波中还原出来，从而实现数据的传输。
低压电力线高速载波通信技术的应用范围很广，包括电力系统自动化、智能电网、智能家居、无线宽带接入等领域。
同时，该技术还可以实现电力系统的远程监测、远程操作、远程控制等功能，提高电力系统的安全性和可靠性。
低压电力线宽带载波通讯
利用低压电力配电线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的通信方式
目录
01 通信技术简介
03 特点介绍
02 基本原理 04 噪声
目录
05 组成及结构
07 通讯的发展
06 载波技术 08 应用及
低压电力线宽带载波（Low voltage broadband power line carrier communication--LVPLC）通信是利 用低压电力配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。
(4)理论研究成果卓著。如在频谱管理上，采用了图论、地图色理论和计算机技术，提出了分段设计、频谱 分组、电分段或分区、频率重复使用等，并开发出了软件包，可实现用计算机进行设备管理、频率管理、新通道 设计和旧通道改造、插空安排设备等。为适应现代通信技术的发展，数字式电力线载波机的开发研制也取得了实 质性的进展。此外，传输理论、组技术等方面的研究也不断有新的进展。
基本原理
低压电力线宽带载波（Low voltage broadband power line carrier communication--LVPLC）通信是利 用低压电力配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。
低压电力载波是电力系统特有的通信方式，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点 是不需要重新架设络，只要有电线，就能进行数据传递。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后利用 各种等级的电力线传输，接受信息的调制解调器再把高频信号从电流中分离出来，并传送到电力线宽带用户终端 （计算机、电视或机和智能电表、开关、变台）。低压电力线从来就不是一种理想的通信介质，但随着技术的不 断进步，特别是调制技术及微电子技术的发展，使得低压PLC的实用化成为可能。
低压电力线载波通信系统的研究与设计王旭-开题报告
毕业设计(论文)开题报告题目：低压电力线载波通信系统的研究与设计学院电气信息学院专业：电子信息工程学生姓名：王旭学号：************指导老师：浣喜明2011年03月3日开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。
4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。
毕业设计（论文）开题报告1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。
1、电力线通信概述电力线载波通信（PLC）利用输电线路作为信号的传输媒介，人们利用电力线可以传输电话、电报、远动、数据和远方保护信号等。
由于电力线机械强度高，可靠性好，不需要线路的基础建设投资和日常的维护费用，因此PLC具有较高的经济性和可靠性，在电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及各种信息传输方面发挥了重要作用。
2、电力线通信信道低压电力线并不是专门用来传输通信数据的，它的拓扑结构和物理特性都与传统的通信传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤等）不同。
它在传输通信信号时信道特性相当复杂，又有自己的特点，负载多，噪声干扰强，信道衰减大，信道延时，通信环境相当恶劣。
因此必须对它的信道特性进行分析，并据此提出解决方案，以实现高品质的通信数据传输。
低压电力线载波通信中信号传输特性分析
低压电力线载波通信中信号传输特性分析2006-12-22 15:49引言随着供电管理自动化的发展，远程集中抄表系统已经获得越来越广泛的应用［1］。
在集中抄表系统的推广使用过程中，利用低压电力线作为通信信道的技术已经日益体现出其优势。
对于所有的通信信道，阻抗、信号衰减和干扰是决定其性能的基本参数。
因此，在使用电力线作为信号传输媒介之前，需要对它的信道特性进行分析。
由于从六七十年代以来，利用10 kV以上中高压电力线作为信号传输通道的电力线载波电话已经获得广泛使用，对高压电力线进行高频信号传输的研究已经非常深入和成熟。
但是，在220 V/380 V低压电力线上进行信号传输，与高压电力线载波通信有较大区别，突出表现在工作环境恶劣、线路阻抗小、信号衰减强、干扰大且时变性大等特点。
因此，对于低压电力线载波信道，有必要进一步具体分析。
1 低压电力线上输入阻抗及其变化输入阻抗是表征低压电力线传输特性的重要参数。
研究输入阻抗，对于提高发送机的效率，增加网络的输入功率有重大意义。
研究表明低压电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关。
在理想情况下，当没有负载时，电力线相当于一根均匀分布的传输线。
由于分布电感和分布电容的影响，输入阻抗会随着频率的增大而减小。
当在电力线上有负载时，所有频率的输入阻抗都会减小。
但是，由于负载类型的不同，使不同频率的阻抗变化也不同，所以实际情况非常复杂，甚至使输入阻抗的变化不可预测。
电力线上的输入阻抗随着频率的变化而剧烈变化，可以从0.1 Ω变到大于100 Ω，变化范围超过了1000倍！而且，在实验所测的频率范围内，输入阻抗随频率的变化并不符合一般想象下的随频率的增大而减小的变化规律，甚至与之相反。
为了解释这一问题，可以将电力线看成是一根传输线，上面连接有各种复杂的负载。
这些负载以及电力线本身组合成许多共振电路，在共振频率及其附近频率上形成低阻抗区。
因此，在输入阻抗-频率图上可以看到许多阻抗低谷区。
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低压电力线宽带载波通信系统发射端物理层的实现金鑫，张乐平，罗鸿轩，胡珊珊（南方电网科学研究院，广州510080）摘要：文章分析了载波通信的现状，以及宽带载波测量的关键因素。
研究了低压电力线宽带载波通信系统物理层发射端的结构，该物理层发射端由信道编码、星座映射、IFFT、循环前缀与加窗、正交调制和加前导等模块构成，针对上述模块从算法实现的角度进行了分析研究。
文章对Turbo交织模块、编码模块、IFFT模块等关键模块的FPGA实现方案进行了详细介绍和分析。
该实现方案对宽带载波标准信号生成设备研发具有一定的指导意义。
关键词：低压电力线宽带载波通信；OFDM调制；Turbo编码；信道交织；分集拷贝中图分类号：文献标识码：文章编号：Implementation of physical layer of transmitter on low-voltage power line broadband carrier communication systemJin Xin, Zhang Leping, Luo Hongxuan, Hu Shanshan(Southern Power Grid Institute of Science, Guangzhou 510080, China)Abstract: This paper analyzes the current situation of carrier communication and key factors of broadband carrier measurement. The structure of physical layer of transmitter on low-voltage power line broadband carrier communication system is studied. The physical layer of transmitter includes channel coding module, OFDM modulator, constellation mapper, IFFT module, cyclic prefix and window module, orthogonal modulation module and inseting preamble module. These modules are analyzed and studied from the perspective of algorithm implementation. FPGA implementing scheme of Turbo interleaver, encoding module and IFFT module is introduced and analyzed in details, which has certain guiding significance for the generation equipment of broadband carrier standard signals.Keywords: low-voltage power line broadband carrier communication, OFDM modulation, Turbo coding, channel interleaving, diversity copy0 引言波通信因其无需布线，信道免维护等优势，成为用电信息采集领域首选的本地通信方案，在已经建设的用电信息采集项目中占据了主导地位。
随着多年的建设与运维，载波通信的缺陷也逐步突显出来。
主要表现为窄带载波通信整体技术落后，通信协议规范混乱封闭。
直接导致通信速率低，设备在线率低，难以支撑对通信速率和实时性要求高的实时费控、负荷管理等新兴业务需求。
另外由于通信协议的私有化，导致通信设备厂家利益固化，严重阻碍了新技术在载波通信领域的运用。
为了打破现有利益格局，提升用电信息采集领域的整体技术水准，近期国内相关机构加快了对低压电力线宽带载波通信技术的研究步伐和市场布局，发表了相关技术标准[1-2]。
标准规定了低压电力线宽带载波通信系统由物理层、MAC层和网络层构成，每一层都制定了严密详细的技术标准与通信规范。
在物理层，对来自MAC层的帧控制数据和载荷数据采用了不同的信道编码技术。
如图1所示，发射端物理层对帧控制数据完成Turbo编码、信道交织及分集拷贝等功能，对载荷数据完成扰码、Turbo编码、信道交织和ROBO交织功能。
经过信道编码后的码字流被送入星座映射器、IFFT模块、循环前缀和加窗模块、正交调制模块和前导插入模块等，并被耦合到低压电力线上。
图1系统模型Fig.1 System module随着宽带载波通信规范的建立发布，宽带芯片厂家、通信模块厂家以及宽带载波通信规范发布督导部门都要面临对标检测的问题。
窄带载波由于技术标准、通信协议缺乏统一的标准规范，传统的载波检测方案侧重于载波通信收发性能的检测，设计了发射频率、功率、频率偏移、接收灵敏度等技术指标。
忽略了载波通信模块交互协议、组网能力等指标的考核。
测试中使用被测载波通信模块作为测试用通信信号的发起方，既是被测对象又是测试设备，使得测试结论缺乏公正性，而且难以真实反映被测对象的技术水准。
为了开展独立、客观的宽带载波评测，需要进行宽带载波标准信号与协议生成设备的研发。
宽带载波标准信号由其物理层实现架构决定的，链路层、应用层报文的检测同样需要物理层电路最终实现，进行宽带载波物理层实现研究显得尤为重要。
文中对低压电力线宽带载波通信系统发射端物理层技术进行了深入研究，参考相关技术规范，详细制定了物理层各模块的实现方案，并在FPGA上进行了验证。
文中的其余部分，将对物理层各模块的结构、工作原理和主要模块的FPGA实现方案进行详细介绍。
1 发射端物理层结构在宽带载波通信模块的发射端，MAC层对帧控制数据、载荷数据分开处理，生成的协议数据单元被送往物理层。
帧控制数据完成Turbo编码、信道交织和分集拷贝，载荷数据完成白化、Turbo编码、信道交织和ROBO交织，之后都被输入星座映射模块，输出的复信号进行串并变换后，被送入IFFT模块，转换成时域信号，然后添加循环前缀，并进行加窗处理，最终生成物理层突发帧进入模拟前端，该突发帧被称为协议分组数据单元PPDU。
PPDU突发帧的格式如图2所示，它由前导符号、帧控制符号和载荷数据符号构成。
图2物理帧结构Fig.2 Physical frame structure来自MAC层的帧控制信息和载荷数据经过白化、Turbo编码、交织等处理后，被送入串并变换和星座映射，输出的复信号按规定的规则被映射到子载波上，形成1 024个频域数据，经过IFFT变换后，插入循环前缀并进行加窗处理后，形成OFDM符号，如图3所示。
循环前缀由滚降间隔、保护间隔组成。
图3 OFDM符号结构Fig.3 OFDM symbol structure针对发送端产生前导序列符号、控制符号和载荷数据符号所需要的各个处理模块，下文将作详细介绍。
2发射端物理层模块功能及算法实现2.1白化数字信号序列中出现长0或长1序列时，容易使信号的同步信息丢失、造成错码，白化是一种不增加数据冗余而扰乱信号、改变数字信号的统计特性、使其近似于白噪声统计特性的一种信号编码技术 [3]。
白化序列用如下公式（1）基于m 序列发生器的线性移位寄存器产生：103()1S x x x =++ （1） 移位寄存器的各初始值为1，每输入一个数据，移位寄存器左移一位，其运算过程可用图4来说明。
图4 数据白化实现过程Fig.4 Data whitening implementation process 2.2Turbo 编码器Turbo 编码器由分量编码器、交织器、删余器和 复用器构成，如图5所示。
图5 Turbo 编码器的组成Fig.5 Structure of Turbo encoder 本文中的Turbo 编码采用二次迭代结构，把第一次迭代结束对应的末状态作为第二次迭代的初始状态，输入数据进行第二次迭代编码。
经过两轮编码后的输出数据，与经典的一轮编码输出相比，具有更好的纠错性能。
同时，为了降低编码造成的冗余，将编码器输出的校验信息位经过打孔删除。
各个子模块的编码过程详细介绍如下。
2.2.1 分量编码器模块分量编码器BMQ1和BMQ2使用8状态编码器，其架构图如图6所示，输入数据流的前两个比特位分别映射到 u1、u2 ，类似2比特的串并编码，在一次编码中，每一对比特位对应输出一个校验位。
u 1u 2x 0图6 分量编码器架构Fig.6 component encoder architecture每个成员分量编码器具体编码过程如下： 第1步：初始化寄存器的初始状态R0=[R 01,R 02,R 03] =[0,0,0]；第2步：依次输入信息位（被送入编码器2的是交织后的数据），直到数据输入结束，编码末状态记为RN=[R N1,R N2,R N3];第3步：令R 0'=RN ×M ，其中，编码结束的末状态RN 是行向量，M 矩阵定义如下：物理块字节数为520和16时：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=111101100M物理块字节数为136时： ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=010001110M第4步： 将输入信息比特重新送入分量编码器，其初始状态R0’由第3步算出，再经过一次编码后，即可输出编码的校验位。
2.2.2 Turbo 交织模块将原始未打乱顺序的数据经过Turbo 交织器后输入编码器2。
每2比特为一组来进行Turbo 交织，不同的交织模式参数不同，具体交织参数由表1定义，包括三种情况。
表1 Turbo 交织的参数Turbo 交织的地址映射定义如下列公式（2）： A (x )=mod((S (mod(x,N )+1)-(fix((x )/N ))×N +L ),L ); （2）()S •是一个查找表，用FPGA 实现时可以存储在FPGA 的ROM 中，方便读取。
2.2.3 删余模块删余模块根据所需编码效率，对Turbo编码后的数据比特经过打孔模块，即做相应的打孔处理来提升编码效率。
只对校验位做打孔处理，信息位不做打孔处理，对分量编码器BMQ1、BMQ2输出的奇偶校验位进行打孔，去除多余数据，并且不改变其原始输出顺序存放到缓存中，从而提升编码效率。
打孔模式支持两种模式, 1/2码率模式，即校验位全部输出，高冗余，强纠错；16/18模式，即16位信息位+2位校验位，降低冗余度，适合在信道环境良好的条件，提高传输效率。