plc调研报告.doc

一 电力线载波通信的现状及前景电力通信网是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础;是电力系统的重要基础设施。目前在长达670 000 km 的35 kV 以上电压等级的输电线路上多数已开通电力线载波通道 ,形成了庞大的电力线载波通信网。该网络主要用于地、市级或以下供电部门构成面向终端变电站及大用户的调度通信、远动及综合自动化通道使用。中低压电力线载波的应用目前主要在10 kV 电力线作为配电网自动化系统的数据传输通道和在380/220 V 用户电网作为集中远方自动抄表系统的数据传输通道,还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网高速Modem 的应用。我国研究PLC技术起步较晚，但发展速度较快。中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术，主要考虑PLC技术用于低压抄表系统，传输速率较低。目前，我国宽带小区使用的接入方式主要是HFC，xDSL和以太网接入。 与上述各种宽带接入技术相比，PLC接入则具有得天独厚的优势。首先，低压配电网是现有的电力基础设施，覆盖面最大，无需新建线缆，降低施工费用；室内电源插座安装简单、设置灵活，为用户实现宽带互联带来极大的方便；因此，是国内最适合采用的宽带接入技术。利用电力杆塔、沟道等资源优势，加快建设覆盖面较大的城域光纤网，实现光纤到楼；结合PLC技术，直接使用楼内的低压配电网实现宽带接入通信。这种宽带接入方式不需要重新架设线路，不仅可以缩短建设周期，还可大大降低网络运营成本，使电通公司以最快的速度进入电信市场。 在发展的初期，PLC宽带接入技术可为用户提供Internet接入、VoD点播、远程教育、远程医疗、IP电话、IP传真等服务；中期为用户提供家电集中或远程智能化管理、远程抄表、报警等服务联网；远期提供家庭联网服务，使家庭通过电力线实现视频、语音、高速Internet接入等服务。二电力线载波通信的特点1 高压载波路由合理,通道建设投资相对较低2 传输频带受限,传输容量相对较小3 可靠性要求高4 线路噪声大5 线路阻抗变化大6 线路衰减大且具有时变性7 对外界的干扰8网络应用要求更高三 目前需要考虑的一些技术问题3. 1 高压电力线载波信道容量长期以来一直是电力线载波通信存在的关键问题,如何进一步实现更高速、多路的电力线载波通信则是进一步发展的主要课题。3. 2 中压电力线载波(1) 10 kV 配电网的传输特性由于十分复杂,只能通过测试来得到该时段的传输特性。(2) 目前的载波数据传输设备需要考虑在传输距离不能达到时的中继问题,不同的调制方法可能采取的中继方式有所不同,并需要现场验证。(3) 研究对付突发噪声干扰的有效方法,而不是简单地进行重发校验。3. 3 低压电力线载波(1) 在电力线载波集中抄表系统中，有些用户的电表读数无法正确读出,需要在技术上克服。(2) 需要进一步研究窄带噪声抗干扰技术,以获得足够的数据传输可靠性(3) 进一步研究增强型的模拟前端技术,包括自适应滤波和自适应均衡,以适应时变的、大范围的线路衰减和线路阻抗的变化,在电力线载波的低压应用中这一点极为重要,也是目前的技术难点所在。(4) 低压载波通信在变压器跨相和穿越变压器方面的实用技术仍需要研究。(5) 研究和考虑电磁兼容性能,制定对外干扰的标准。(6)低压载波通信最终实现高性能、低价格的关键在于专用芯片的设计和制造,而这正是我国微电子行业的弱点所在,加大这一方面的研究和投资力度对于低压载波通信的实用化至关重要。四电力线载波芯片市场前景电力线载波通信芯片作为改造传统电网的主要手段，并且作为物联网通信的有力补充，将随智能电网和物联网的全面建设引来爆发增长。1、智能电网市场需求配合中国的用电制度改革，以计算机为基础的自动抄表系统成为电力部门响应国家这一政策的解决方法。自动抄表系统目前主要有有线通信技术和电力载波通信技术两种。有线通信技术作为传统方法，以其稳定性占有优势。但有线通信铺线工程浩大，而且容易被人为损坏；同时居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，不能让居民接受。电力载波通信技术能有效解决上述问题，它利用现有交流电源线作为通信线路，省去了不切实际的铺线工程，优势明显。自动抄表系统还适用于水表、煤气表等家用生活表。各种通信方式对比2、物联网市场需求物联网建设为电力线载波芯片提供容量巨大的新兴市场，目前物联网处于加速启动建设阶段，对电力线载波芯片的需求将保持较高的增速。物联网是个万亿级产业，带来电力线网的应用革命。物联网建设是我国今后信息化建设的重心，含盖了工业生产、公共服务、社会管理、现代化农业、家居服务、军事航天等众多领域应用。物联网通过通信网络实现信息互联，因此物联网建设必将为包括电力线网在内的通信网络带来巨大的应用市场。五电力线通信需要强大载波芯片电力线是给用电设备传送电能，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制：首先，配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。其次，三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB)，一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。第三，不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同。第四，电力线自身的脉冲干扰，加大了应用难度。第五，电力线对载波信号有高削减。第六，电力线上有高噪声。第七，电力线可使数据信号变形。电力线造成传输信号的高削减和高变形，使电力线成为一个不太理想的通信媒介，但由于现代通信技术的发展，使电力线载波通信成为可能，其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。电力线载波通信的关键就是设计出一个功能强大的电力线载波专用modem芯片。六国内现有电力载波通信芯片技术特点国外公司的电力线载波芯片是针对特定地区电网特性、电网结构设计和针对家庭内部自动化而设计，在中国的电网环境下使用难尽人意，仅有一、两款电子载波芯片在特殊应用领域可勉强适用，而且产品价格很高，难以提供系统级的解决方案。近年来，不少国内公司也推出了自己的电力线载波通信芯片，取得了一些可喜的突破。现有的电力波通信芯片的技术特点可以从调制方式、传输速率、通信频率、通信功率、EMI标准、芯片技术等方面进行探讨。国外低压载波芯片比较表几款载波通信芯片参数品牌ECHELON青岛东软福星晓程弥亚微成立时间1993年2000年2004年规模占据很大的国外市场约占市场60%约占市场30%约占市场5%竞争优劣势国际主流品牌，主要应用工业控制，lonworks网络协议完善，国外市场有几百万片的成熟应用，但价格比较贵多年经营形成的市场份额；与客户形成长期合作关系；系统解决方案提供能力；系统性能目前处于国内先进水平。技术支持、售后服务不到位;其通讯频率在国外市场不在许可频段内。多年经营形成的市场份额；与客户形成长期的合作关系；系统解决方案提供能力；目前系统性能处于国内较好水平。固定路由，近几年技术上没有很大的突破。高性能 高集成度物理层通讯芯片，性价比较高，芯片设计符合欧洲标准，便于出口，完善的系统方案和网络通讯协议，自动组网，自动中继，自动维护路由，技术支持到位。性能一般，市场占有率不高。芯片型号PL3150PL3120SSC1641ES16TPLCi36FPL3201PL3106PL3107MI200EMI210MI500价格8美金左右20多元20多元20多元调制方式带有DSP增强接收器的双频BPSKFSK 63位直序扩频QPSK 15位直序扩频QPSK扩频调相过零同步分时传输中心频率132KHZ270KHZ120KHZ57.6 KHZ76.8 KHZ115.2 KHZ可选波特率5.4kbps330bps500/250 bps可选200,400,800,1600 bps可变通信协议LonworksDL/T645DL/T 645DL/T 645通信距离1000M左右1000M左右500M左右500M左右芯片技术单芯片系统，核心是神经元处理器芯片使用单片机通过软件完成物理层，MAC层，网络层；应用层由买家自己开发SOC芯片，提供简单的网络层通信协议物理层芯片；同时提供MAC层，网络层通信协议；应用层由买家自己开发1、调制方式与传输速率目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。国内载波通信产品主要采用直接序列扩频技术。其中东软为FSK，63 位直序列扩频通信；福星晓程QPSK 15 位直序扩频；弥亚微为QPSK扩频调相、过零同步、分时传输；ECHELON带有DSP增强接收器的双频BPSK。上述各家的扩频技术各有不同特点。对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。传输速率分别为弥亚微，同时提供200、400、800、1600bps四种可变速率；东软：330bps；福星晓程：250/500bps；ECHELON：5.4kbps。按照现阶段现场实际应用状况来看100至500bps速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控制（断送电）和管理功能则需要提供更高速率保证。ECHELON占据优势2、通信频率关于通信频率，在美国由联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100450kHZ；在欧洲由欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3148.5kHZ。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显着的贡献，目前全球AMR系统均采用该频段标准。国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为2家，分别是福星晓程120KHz和弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz三种可选。东软开发的四代产品其转输速率可最大达到150bps-5Kbps 范围内可调，并增加PSK 调制方式，增加131.58KHz 通信频率，也符合国际标准，已于2011年11月开始销售，国外的ECHELON，符合要求。3、通信功率及EMI指标国内东软、福星晓程等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法。在实际产品化的过程中，基本上做到3W至5W，有的电表厂甚至做到了8W，这种做法是绝对不可取的。首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成大量的能源浪费，这也有悖于国网公司上集抄系统的初衷；其次，如此大的功率传输将会严重污染电力线信道环境，我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者，现在却也能成为最大的制造者。就目前研究了解的情况，国内只有弥亚微的载波芯片Mi200E采取低功耗设计。其发送信号时的功率仅为0.4W，在保证可靠的通信性能的同时该芯片EMI等相关指标满足欧洲标准。4、芯片技术严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企业，像东软是采用MOTROLA的MC3361单片机通过软件完成物理层、MAC层、网络层的模式。其优点是降低了研发难度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。福星晓程和弥亚微均是完全自主开发的载波通信芯片产品。