電力線通信設計的可靠性分析

1、電力線通信設計的可靠性分析    電力線通信（PLC）是一種采用電力線作為通訊介質的通信技術。在與供電同一根電力線上傳輸數(shù)據，從而可以將房屋或汽車現(xiàn)有的電力基礎設施用于傳輸數(shù)據，而不需要增新加電線。電力線通信技術正在經歷快速增長的階段，并找到了進入多個應用和市場領域的方式，包括智能電網、照明控制、太陽能面板監(jiān)控、能量計量、家用視頻分配、電動汽車等等。全球在提倡節(jié)能，這促進了讓能源產生和能源消耗的設備互相通訊的需求。電力線通信提供了一個獨特的無需新建設施的方法，使智能能量管理技術快速遍布世界各地。和無線解決方案不同，電力線通信不受視線和傳輸范圍的限制。電力

2、線通信對于很多應用來說也是一種低成本和易安裝的技術。今天，系統(tǒng)設計者能從超過十家半導體供應商買到電力線通信器件。這些器件很多都針對特定的應用和市場進行了優(yōu)化?，F(xiàn)在有如此廣泛的選擇余地，開發(fā)人員需要懂得影響電力線通信系統(tǒng)性能和可靠性的因素，并能克服通常的設計挑戰(zhàn)。任何通信系統(tǒng)都包括四個主要組成部分：1。發(fā)射機2。接收機3。通訊介質4。信號本身如前面提到的，在電力線通信的通訊介質是電力線。圖1顯示了一個通用電力線通信系統(tǒng)框圖。發(fā)射機調制信號并發(fā)送到電力線。另一頭的接收機解調信號并接收數(shù)據。當?shù)竭_接收機時信號被電力線的阻抗衰減了。當信號通過電力時，介質中的任何噪聲也會破壞信號。 圖1:一個

3、典型的電力線通信系統(tǒng)框圖。電力線阻抗衰減了傳輸信號的。線路噪聲可明顯影響信號。簡要地介紹了一下基礎，讓我們逐個介紹一下影響電力線通信系統(tǒng)性能和可靠性的因素。這些因素包括：1）發(fā)送信號強度2）電力線噪聲3）電力網絡阻抗4）網絡協(xié)議5）接收機靈敏度對于這些因素我會逐個做一些建議。最后，也會討論一下多個階段和系統(tǒng)成本。發(fā)送（Tx）信號的強度較強的Tx信號意味著更多的信號功率經過電力線。較強的信號是不易受電力線噪聲影響的，可以傳輸?shù)馗h。Tx信號的強度也會影響電力線通信節(jié)點功耗，因為信號能量輸入到電力線越多，節(jié)點消耗的能量也越多。更理想的情況是，開發(fā)人員會增加發(fā)射機的信號強度，直到他們達到電力線最佳的

4、性能和功率消耗。然而，Tx信號強度受到一些組織的嚴密的控制的，如北美的FCC和歐洲的CENELEC。FCC和CENELEC也規(guī)范聲波，可以由主Tx信號傳輸?shù)诫娏€。這些法規(guī)要做的是，防止不同頻帶的信號互相干擾。當選擇一個電力線通信設備時，檢查一下Tx信號是否符合目標市場的強度大小要求。同時也應該符合FCC和CENELEC標準。理想的情況是，Tx增益應該是可配置的，這樣你可以根據其他系統(tǒng)調試Tx信號強度。此外，確認PLC節(jié)點消耗多少能量，從而達到FCC和CENELEC要求的最佳發(fā)射信號的強度。當然，能量消耗越少越好。電力線噪聲一旦發(fā)射信號注入到電力線，其完整性取決于線路上噪聲大小-噪聲越強對噪聲

5、的信號破壞就越大。電力線噪聲可以來自多個方面。電力線噪聲可以簡單地分為兩種類型：脈沖型和連續(xù)型。脈沖噪聲是不可預知的，并以脈沖序列出現(xiàn)，如圖2所示。例如，這種類型的噪聲可以來自于一個在廚房里攪拌機的開關。很難設計一個這樣的系統(tǒng)，其可忍受不可預測的，巨大的脈沖噪聲而不降低數(shù)據速率。更常見的情況是，這種類型的噪聲會完全覆蓋線路上的任何數(shù)據包。 圖2:電力線脈沖噪聲連續(xù)噪聲，在另一方面，比脈沖噪聲更容易預測（見圖3）。連續(xù)噪聲通常取決于社區(qū)，城市，或國家的電力線安裝質量。因為電力基礎設施最初是設計來用于有效地傳輸電力而不是數(shù)據，所以電力線安裝時很少注意到線路的噪聲水平。根據系統(tǒng)工作在地球的

6、哪個地方，電力線噪聲可能大也可能小。 圖3:電力線連續(xù)噪聲為了能夠在電力線上魯棒性通訊，信噪比（SNR）需要保持在一定的閾值。如果在PLC系統(tǒng)頻率范圍內有高振幅的連續(xù)噪聲，最好要隔離噪聲，可以通過從PLC接收機移除，或通過在產生噪聲設備供電端增加一個攔截電感，來削弱噪聲頻率使其低于接收機信噪比。還有其他一些技術可以使開發(fā)人員克服噪聲的影響：雙向通訊：如果PLC系統(tǒng)只是單方向通訊，那么沒有任何方法使發(fā)射機知道通訊是成功還是失敗。這是原始單向X10電力線通信技術的最大缺點之一。雙向通訊可以使接收機成功接收數(shù)據后發(fā)出確認。如果沒有收到確認，發(fā)射機可以進行糾正。重試：在一個雙向系統(tǒng)，通訊可以使用確認機制-如果發(fā)射機沒有收到接收機的確認，那么智能發(fā)射機可重發(fā)數(shù)據包。如果將自動重試功能設計到電力線通信應用中，就成為可以在電力線上實現(xiàn)高可靠性通信的一個非常有用的手段。錯誤檢測：即使數(shù)據包被成功地收到，我們也需要檢查其是否受到噪聲破壞。這就是循環(huán)冗余檢查（CRC）發(fā)揮的作用。CRC使得接收機可以偵測到收到的任何錯誤的數(shù)據包。當檢測到一個錯誤的數(shù)據包時，接收機可以選擇要么請求發(fā)射機重發(fā)數(shù)據包或不發(fā)出承認確認（結果是觸發(fā)發(fā)射機自動發(fā)出數(shù)據包重試）。自適應增益控制：為了克服連續(xù)噪聲的影響，一些電力線通信設備可以實現(xiàn)自適應增益控制（AG