第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件

第10章

電力線載波傳輸集成芯片

2011年12月第10章

電力線載波傳輸集成芯片

2011年12月內(nèi)容電力線載波傳輸概述常用電力線載波芯片及模塊介紹電力線載波芯片典型應用內(nèi)容電力線載波傳輸概述一、電力線載波傳輸概述1、發(fā)展過程2、電力線信道特性3、電力線載波通訊技術(shù)一、電力線載波傳輸概述1、發(fā)展過程電力線載波（PLC）、電力線載波（DLC）distributionlinecarrier：利用電力線作為媒質(zhì)傳輸有關(guān)信息的一種通信技術(shù)利用電力線通信，已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，如在中高壓輸電網(wǎng)（35kV以上）上通過電力載波機利用較低的頻率（9-490kHz）傳遞低速數(shù)據(jù)或話音。在低壓（220V）配電網(wǎng)，PLC技術(shù)主要用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化，其傳輸速率一般為1200bps或更低，因此稱為低速PLC。通常把傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術(shù)稱之為高速PLC，芯片級廠商：美國的Intellon、法國Easyplug公司、以色列的ITRAN、西班牙的DS2。設備廠商如美國的ASOKA、韓國的Xeline公司、瑞士的ASCOM公司等。產(chǎn)品的傳輸速率從1Mbps發(fā)展到2Mbps、14Mbps、45Mbps、100Mbps，甚至200Mbps。2005年賓夕法尼亞州立大學研究所，研發(fā)人員新開發(fā)的電力網(wǎng)接入系統(tǒng)最高速度可接近1G/秒,實驗理論速度可達2.5G/秒,而針對一般家庭用戶的傳輸速度也可達數(shù)百megabits/秒，在有中距器的情況下可以傳輸數(shù)千公里。1、發(fā)展過程1、發(fā)展過程供電部門面向終端變電站及大用戶的調(diào)度通信、遠動及綜合自動化配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道自動抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道,電力線上網(wǎng)高速MODEM的應用供電部門面向終端變電站及大用戶的調(diào)度通信、遠動及綜合自動化配電力市場化、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造發(fā)展，對配電自動化與集中抄表的要求日益迫切優(yōu)點：電力線網(wǎng)絡到所有建筑物應用：抄表、樓宇自動化、工業(yè)控制、路燈監(jiān)控系統(tǒng)、智能家電、電纜防盜報警系統(tǒng)、醫(yī)院病床呼叫通過電力網(wǎng)絡解決寬帶上網(wǎng)問題，實現(xiàn)農(nóng)村信息化利用戰(zhàn)地供電網(wǎng)絡或者民用電力線路組建應急指揮系統(tǒng)，可以避免無線通訊時敵方干擾、信息截獲竊取隱患隧道施工、煤礦礦井通信等專門行業(yè)應用實現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音（VoIP）、視頻、電力“四網(wǎng)合一”

低壓（220V）配電網(wǎng)電力市場化、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造發(fā)展，對配電自動化與集中抄表的要求日第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件影響電力載波通信質(zhì)量的因素低壓配電網(wǎng)對電力載波通信的影響負荷對電力載波通信的影響偽劣電器以及變頻設備電力設備對電力載波通信的影響目前無功分散補償已經(jīng)成為趨勢，大容量的補償電容對高頻信號的衰減作用相當明顯2、電力線信道特性影響電力載波通信質(zhì)量的因素2、電力線信道特性2、電力線信道特性寬帶噪聲和脈沖噪聲、連續(xù)、隨機阻抗不定2、電力線信道特性3、電力線載波通訊技術(shù)FSKPSKSSCCDMAOFDM3、電力線載波通訊技術(shù)常用數(shù)字調(diào)制方法3、電力線載波通訊技術(shù)FSKPSK常用數(shù)字調(diào)制方法3、電力線載波通訊技術(shù)FSKPSKSSC香農(nóng)公式C＝Wlog2（1＋P／N）（其中：C為信道容量，W為頻帶寬度，P／N為信噪比）頻帶W和信噪比P／N是可以互換的，這意味著如果增加頻帶的寬度，就可以在較低的信噪比的情況下用相同的信息率以任意小的差錯概率來傳輸信息。SSC香農(nóng)公式C＝Wlog2（1＋P／N）（其中：C為抗干擾能力強，適合在低壓電力線這樣的惡劣通信環(huán)境下實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)信息?？梢詫崿F(xiàn)碼分多址技術(shù)（CDMA），在低壓配電網(wǎng)上實現(xiàn)不同用戶的同時通信。信號的功率譜密度很低，具有良好的隱蔽性，不易被截獲。擴頻通信雖然抗干擾能力較強，但受其原理制約，傳輸速率最高只能達到1Mbit／s左右。

抗干擾能力強，適合在低壓電力線這樣的惡劣通信環(huán)境下實現(xiàn)可靠的正交頻分多路復用技術(shù)OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)

OFDM是把高速的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成N路的低速數(shù)據(jù)流，去分別調(diào)制N路相互正交的了載波，然后將N路子載波合并成一路進行傳輸?shù)囊环N調(diào)制效率很高的技術(shù)正交頻分多路復用技術(shù)OFDMOFDM是把高速的串行二、常用電力線載波芯片及模塊介紹500PL2101北京SSC120K(15K)100UV500有有二、常用電力線載波芯片及模塊介紹500PL2101北京LM1893LM1893是美國國家半導體公司出品的電力線載波通信芯片，可完成串行數(shù)據(jù)半雙工通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的全部功能。LM1893采用FSK調(diào)制方式，內(nèi)置自動電平控制(ALC)電路，內(nèi)置噪聲濾波電路，載波頻率范圍50kHz~300kHz，最大波特率4.8kHz,接收靈敏度為2mV。ST7536ST7536是由法國的STMicroelectronics公司為實現(xiàn)在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)傳輸而專門開發(fā)的調(diào)制解調(diào)集成芯片。ST7536是一種半雙工同步FSK調(diào)制解調(diào)集成電路，提供兩種可編程的波特率（600b/s、1200b/s），四個可編程的通道（頻率范圍從67.2kHz到87.15kHz）。內(nèi)置自動電平控制(ALC)電路、自動調(diào)諧發(fā)送濾波電路和接收濾波電路，接收靈敏度為2mV（600b/s）或3mV（1200b/s）。一般來說，F(xiàn)SK窄帶通信適用于傳輸速率相對較低、傳輸距離比較短的點對點通信。SSCP300SSCP300是Intellon公司采用現(xiàn)代最新通訊技術(shù)設計的電力線載波modem芯片。它采用了擴頻（寬帶線性調(diào)頻Chirp方式）調(diào)制解調(diào)技術(shù)、現(xiàn)代DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)以及標準的CEBus協(xié)議，高度集成的電力線網(wǎng)絡信號收發(fā)控制器?；跀U頻技術(shù)的電力線載波數(shù)據(jù)通信技術(shù)能夠更好地滿足數(shù)據(jù)通信速率、通信可靠性以及多用戶環(huán)境下的電力線通信。PLT-22PLT-22是Echelon公司生產(chǎn)的電力載波收發(fā)器，它是針對Lonworks網(wǎng)絡設計，采用了二進制相移鍵控（BinaryPhaseShiftKey，BPSK）調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及多種容錯及糾錯技術(shù)，比較適合于國內(nèi)的電力線網(wǎng)絡應用。LM1893

類別性能參數(shù)廠商以及產(chǎn)品法國SpidcomConexantCX90015IntellonINT5200,51X1西班牙DS2DKINGTECHDK5200A傳輸速度224M50Mpbs14Mbps200Mbps52Mpbs傳輸距離800m600m100m800m800m銷售價格實驗產(chǎn)品6.5美圓8美圓>200美圓4美圓穩(wěn)定性一般穩(wěn)定、低發(fā)熱易死機、發(fā)熱高穩(wěn)定、低熱穩(wěn)定、低發(fā)熱加密支持56位DES56位DES56位DES56位DES56位DES固件升級/支持不支持支持支持理想商業(yè)化應用/理想不理想理想理想功耗/1.5W3W3W<1.5W類別廠商以及產(chǎn)品法國SpidcomConexantI

三、電力線載波芯片典型應用LM1893PL2102PL3105低壓電力線載波集中抄表系統(tǒng)三、電力線載波芯片典型應用LM1893LM1893介紹LM1893介紹第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件PL3105PL3105PL3105—引腳PL3105—引腳PL3105—功能結(jié)構(gòu)框圖PL3105—功能結(jié)構(gòu)框圖主站masterstation

通過信道對集中器中的信息采集，并進行處理和管理的設備。集中器concentrator

收集各采集終端或采集模塊的數(shù)據(jù)，并進行處理儲存，同時能和主站或手持單元進行數(shù)據(jù)交換的設備。信道channel

信道是指信號（數(shù)據(jù)）傳輸?shù)拿襟w。上段信道和下段信道采集模塊acquisitionmodule

采集單個用戶電能表電能量信息，并處理后通過信道將數(shù)據(jù)傳送到上一級設備（中繼器或集中器）的專用模塊。采集終端acquisitionterminalunit

采集終端指用于采集多個用戶電能表電能量信息，并經(jīng)處理后通過信道將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)上一級（中繼器或集中器）的設備。中繼器：repeater

用于擴展一個局域網(wǎng)物理長度的設備。中繼器在其物理層恢復信號。它僅與ISO-OSI模型的物理層有關(guān)。載波電能表載波電能表是指具有數(shù)據(jù)記錄、存儲以及通過電力線進行數(shù)據(jù)交換能力的電力儀表。基本計量單元完成電能量累計、并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號記錄、存儲、輸出的設備。低壓電力線載波集中抄表系統(tǒng)主站masterstation低壓電力線載波集中抄表系

低壓電力載波抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由主站（遠方抄表設備）、集中器（本地抄表設備）、以及載波電能表和通過采集終端連接的基本計量儀表單元構(gòu)成，集中器和載波電能表，以及采集終端之間采用電力載波通信網(wǎng)絡，遠方主站與集中器之間的通信信道可以根據(jù)具體情況選擇不同的通信信道，如無線、電話線、光纖或?qū)拵ЬW(wǎng)絡等等。集中器作為電力載波抄表系統(tǒng)中的網(wǎng)絡節(jié)點。一個遠方計算機設備可以管理多個集中器，一個集中器下轄多個電力載波電能表及采集終端。

低壓電力線載波集中抄表系統(tǒng)低壓電力低壓電力線載波集中抄表系統(tǒng)低壓電力線載波集中抄表系統(tǒng)用戶表用戶表主要功能抄收功能：對系統(tǒng)內(nèi)所轄的每塊載波表可設置不同的抄表程序、抄收方式、抄收間隔，進行實時和定時抄收，其數(shù)據(jù)可分為實時數(shù)據(jù)和凍結(jié)數(shù)據(jù)。分時計費的經(jīng)營管理功能：防竊電、防漏電和防過壓保護功能：查閱用電功能：信息管理及打印功能：參數(shù)設置和管理功能：可設置設備初始參數(shù)：日期、時間、設備、表記常數(shù)、底數(shù)等?？稍O置系統(tǒng)抄收參數(shù)：抄收間隔、周期、凍結(jié)時間參數(shù)等。可存儲終端用戶的相關(guān)信息和檔案資料等。自動校時功能斷電數(shù)據(jù)保留功能：主要功能抄收功能：第10章

電力線載波傳輸集成芯片

2011年12月第10章

電力線載波傳輸集成芯片

2011年12月內(nèi)容電力線載波傳輸概述常用電力線載波芯片及模塊介紹電力線載波芯片典型應用內(nèi)容電力線載波傳輸概述一、電力線載波傳輸概述1、發(fā)展過程2、電力線信道特性3、電力線載波通訊技術(shù)一、電力線載波傳輸概述1、發(fā)展過程電力線載波（PLC）、電力線載波（DLC）distributionlinecarrier：利用電力線作為媒質(zhì)傳輸有關(guān)信息的一種通信技術(shù)利用電力線通信，已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，如在中高壓輸電網(wǎng)（35kV以上）上通過電力載波機利用較低的頻率（9-490kHz）傳遞低速數(shù)據(jù)或話音。在低壓（220V）配電網(wǎng)，PLC技術(shù)主要用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化，其傳輸速率一般為1200bps或更低，因此稱為低速PLC。通常把傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術(shù)稱之為高速PLC，芯片級廠商：美國的Intellon、法國Easyplug公司、以色列的ITRAN、西班牙的DS2。設備廠商如美國的ASOKA、韓國的Xeline公司、瑞士的ASCOM公司等。產(chǎn)品的傳輸速率從1Mbps發(fā)展到2Mbps、14Mbps、45Mbps、100Mbps，甚至200Mbps。2005年賓夕法尼亞州立大學研究所，研發(fā)人員新開發(fā)的電力網(wǎng)接入系統(tǒng)最高速度可接近1G/秒,實驗理論速度可達2.5G/秒,而針對一般家庭用戶的傳輸速度也可達數(shù)百megabits/秒，在有中距器的情況下可以傳輸數(shù)千公里。1、發(fā)展過程1、發(fā)展過程供電部門面向終端變電站及大用戶的調(diào)度通信、遠動及綜合自動化配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道自動抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道,電力線上網(wǎng)高速MODEM的應用供電部門面向終端變電站及大用戶的調(diào)度通信、遠動及綜合自動化配電力市場化、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造發(fā)展，對配電自動化與集中抄表的要求日益迫切優(yōu)點：電力線網(wǎng)絡到所有建筑物應用：抄表、樓宇自動化、工業(yè)控制、路燈監(jiān)控系統(tǒng)、智能家電、電纜防盜報警系統(tǒng)、醫(yī)院病床呼叫通過電力網(wǎng)絡解決寬帶上網(wǎng)問題，實現(xiàn)農(nóng)村信息化利用戰(zhàn)地供電網(wǎng)絡或者民用電力線路組建應急指揮系統(tǒng)，可以避免無線通訊時敵方干擾、信息截獲竊取隱患隧道施工、煤礦礦井通信等專門行業(yè)應用實現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音（VoIP）、視頻、電力“四網(wǎng)合一”

低壓（220V）配電網(wǎng)電力市場化、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造發(fā)展，對配電自動化與集中抄表的要求日第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件影響電力載波通信質(zhì)量的因素低壓配電網(wǎng)對電力載波通信的影響負荷對電力載波通信的影響偽劣電器以及變頻設備電力設備對電力載波通信的影響目前無功分散補償已經(jīng)成為趨勢，大容量的補償電容對高頻信號的衰減作用相當明顯2、電力線信道特性影響電力載波通信質(zhì)量的因素2、電力線信道特性2、電力線信道特性寬帶噪聲和脈沖噪聲、連續(xù)、隨機阻抗不定2、電力線信道特性3、電力線載波通訊技術(shù)FSKPSKSSCCDMAOFDM3、電力線載波通訊技術(shù)常用數(shù)字調(diào)制方法3、電力線載波通訊技術(shù)FSKPSK常用數(shù)字調(diào)制方法3、電力線載波通訊技術(shù)FSKPSKSSC香農(nóng)公式C＝Wlog2（1＋P／N）（其中：C為信道容量，W為頻帶寬度，P／N為信噪比）頻帶W和信噪比P／N是可以互換的，這意味著如果增加頻帶的寬度，就可以在較低的信噪比的情況下用相同的信息率以任意小的差錯概率來傳輸信息。SSC香農(nóng)公式C＝Wlog2（1＋P／N）（其中：C為抗干擾能力強，適合在低壓電力線這樣的惡劣通信環(huán)境下實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)信息。可以實現(xiàn)碼分多址技術(shù)（CDMA），在低壓配電網(wǎng)上實現(xiàn)不同用戶的同時通信。信號的功率譜密度很低，具有良好的隱蔽性，不易被截獲。擴頻通信雖然抗干擾能力較強，但受其原理制約，傳輸速率最高只能達到1Mbit／s左右。

抗干擾能力強，適合在低壓電力線這樣的惡劣通信環(huán)境下實現(xiàn)可靠的正交頻分多路復用技術(shù)OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)

OFDM是把高速的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成N路的低速數(shù)據(jù)流，去分別調(diào)制N路相互正交的了載波，然后將N路子載波合并成一路進行傳輸?shù)囊环N調(diào)制效率很高的技術(shù)正交頻分多路復用技術(shù)OFDMOFDM是把高速的串行二、常用電力線載波芯片及模塊介紹500PL2101北京SSC120K(15K)100UV500有有二、常用電力線載波芯片及模塊介紹500PL2101北京LM1893LM1893是美國國家半導體公司出品的電力線載波通信芯片，可完成串行數(shù)據(jù)半雙工通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的全部功能。LM1893采用FSK調(diào)制方式，內(nèi)置自動電平控制(ALC)電路，內(nèi)置噪聲濾波電路，載波頻率范圍50kHz~300kHz，最大波特率4.8kHz,接收靈敏度為2mV。ST7536ST7536是由法國的STMicroelectronics公司為實現(xiàn)在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)傳輸而專門開發(fā)的調(diào)制解調(diào)集成芯片。ST7536是一種半雙工同步FSK調(diào)制解調(diào)集成電路，提供兩種可編程的波特率（600b/s、1200b/s），四個可編程的通道（頻率范圍從67.2kHz到87.15kHz）。內(nèi)置自動電平控制(ALC)電路、自動調(diào)諧發(fā)送濾波電路和接收濾波電路，接收靈敏度為2mV（600b/s）或3mV（1200b/s）。一般來說，F(xiàn)SK窄帶通信適用于傳輸速率相對較低、傳輸距離比較短的點對點通信。SSCP300SSCP300是Intellon公司采用現(xiàn)代最新通訊技術(shù)設計的電力線載波modem芯片。它采用了擴頻（寬帶線性調(diào)頻Chirp方式）調(diào)制解調(diào)技術(shù)、現(xiàn)代DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)以及標準的CEBus協(xié)議，高度集成的電力線網(wǎng)絡信號收發(fā)控制器?；跀U頻技術(shù)的電力線載波數(shù)據(jù)通信技術(shù)能夠更好地滿足數(shù)據(jù)通信速率、通信可靠性以及多用戶環(huán)境下的電力線通信。PLT-22PLT-22是Echelon公司生產(chǎn)的電力載波收發(fā)器，它是針對Lonworks網(wǎng)絡設計，采用了二進制相移鍵控（BinaryPhaseShiftKey，BPSK）調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及多種容錯及糾錯技術(shù)，比較適合于國內(nèi)的電力線網(wǎng)絡應用。LM1893

類別性能參數(shù)廠商以及產(chǎn)品法國SpidcomConexantCX90015IntellonINT5200,51X1西班牙DS2DKINGTECHDK5200A傳輸速度224M50Mpbs14Mbps200Mbps52Mpbs傳輸距離800m600m100m800m800m銷售價格實驗產(chǎn)品6.5美圓8美圓>200美圓4美圓穩(wěn)定性一般穩(wěn)定、低發(fā)熱易死機、發(fā)熱高穩(wěn)定、低熱穩(wěn)定、低發(fā)熱加密支持56位DES56位DES56位DES56位DES56位DES固件升級/支持不支持支持支持理想商業(yè)化應用/理想不理想理想理想功耗/1.5W3W3W<1.5W類別廠商以及產(chǎn)品法國SpidcomConexantI

三、電力線載波芯片典型應用LM1893PL2102PL3105低壓電力線載波集中抄表系統(tǒng)三、電力線載波芯片典型應用LM1893LM1893介紹LM1893介紹第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件第10章-電力線載波傳輸集成芯片課件PL3105PL3105PL3105—引腳PL3105—引腳PL3105—功能結(jié)構(gòu)框圖PL3105—功能結(jié)構(gòu)框圖主站masterstation

通過信道對集中器中的信息采集，并進行處理和管理的設備。集中器concentrator

收集各采集終端或采集模塊的數(shù)據(jù)，并進行處理儲存，同時能和主站或手持單元進行數(shù)據(jù)交換的設備。信道channel

信道是指信號（數(shù)據(jù)）傳輸?shù)拿襟w。上段信道和下段信道采集模塊acqui