低壓電力載波發(fā)展方向

低壓電力載波通信發(fā)展方向深圳市傲立信息技術(shù)有限公司吳斌摘要：文中介紹了電力系統(tǒng)低壓載波的需求及低壓電力配電網(wǎng)的傳輸特性，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外各種電力載波芯片指出低壓電力載波發(fā)展方向是高性能PLC加上高性能MCU實(shí)現(xiàn)載波自動(dòng)組網(wǎng)及路由。文中論述了研發(fā)基于OFDM技術(shù)的PLC的必要性、關(guān)鍵技術(shù)及可能困難。關(guān)鍵詞：電力載波自動(dòng)組網(wǎng)OFDM1研究意義目前，電力系統(tǒng)對(duì)低壓電力載波系統(tǒng)的需求極其旺盛，這種需求來(lái)源于電力系統(tǒng)管理的變化。如今，原先的電力部已經(jīng)分為3大電網(wǎng)公司，分別是國(guó)家電網(wǎng)公司（華北），南方電網(wǎng)公司（華南）、西北電網(wǎng)公司（西北），各個(gè)電網(wǎng)公司下面還管轄多個(gè)省的電力公司，省電力公司下面管轄著各個(gè)市電力局。從電力部、局到電網(wǎng)公司、電力公司的體制變化，使電力企業(yè)的效益最大化成為各電力部門的頭等大事。同時(shí)，信息化已經(jīng)成為這個(gè)時(shí)代的特點(diǎn)，電力企業(yè)生產(chǎn)信息MIS系統(tǒng)、營(yíng)業(yè)MIS系統(tǒng)，用配電GIS系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)均是各電力公司每年要重點(diǎn)投入的現(xiàn)代化系統(tǒng)。電力系統(tǒng)信息化要求電力系統(tǒng)配用電信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取，然而，大量的營(yíng)業(yè)MIS所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即電表數(shù)據(jù)，如今卻主要通過(guò)人工抄表完成，通過(guò)現(xiàn)代化的手段及時(shí)進(jìn)行抄表成為當(dāng)務(wù)之急。通過(guò)電力載波技術(shù)進(jìn)行電力抄表及電力系統(tǒng)電流、電壓等生產(chǎn)信息的監(jiān)測(cè)無(wú)疑是最便捷的事情，這是因?yàn)椋娏€路屬于電力企業(yè)的現(xiàn)有資源。電力企業(yè)需要自動(dòng)抄表的另一原因是線損管理。如今，中國(guó)電網(wǎng)的電廠與輸配電網(wǎng)分開(kāi)，電力局的最大職能是買電、賣電，即從輸電網(wǎng)買電，通過(guò)配電網(wǎng)將電賣到千家萬(wàn)戶，電力公司的利潤(rùn)主要體現(xiàn)在一買一賣的差價(jià)上。電能在輸送、分配過(guò)程中存在損失，電力系統(tǒng)稱之為線損，線損分中壓線損、變損及低壓線損，中壓線損指的是10KV損失，這個(gè)損失發(fā)生在二次變電所與10KV/400V用戶變壓器之間，變損指的是變壓器的損耗，低壓線損指的是從用戶變壓器到用戶電表之間的損失。線損計(jì)算的前提是各級(jí)電表數(shù)據(jù)的同時(shí)準(zhǔn)確抄讀，然而，目前電力企業(yè)主要通過(guò)人工進(jìn)行電表抄收，抄表時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半月，通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)計(jì)算的線損誤差之大可想而知。電力系統(tǒng)又將線損分為物理線損和管理線損，物理線損是線路中確實(shí)發(fā)生的損耗，而管理線損是因?yàn)槌淼牟患皶r(shí)甚至人為因素造成，比如，抄表員故意少抄、露抄以牟取個(gè)人利益，下面的供電分局故意擴(kuò)大管理線損以獲取更多的分局利益等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，低壓線路的物理線損約為3%左右，而管理線損高達(dá)5%左右。通過(guò)自動(dòng)抄表，可以將這部分損失降下來(lái)，從而提高供電公司的經(jīng)濟(jì)效益。舉例說(shuō)明，深圳供電公司每年的售電量約400億度左右，5%的管理線損則以億計(jì)算。2、 低壓配電網(wǎng)的傳輸特性電力載波出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)20年代左右，自從有電那天起，很多電力工程師都在研究如何通過(guò)電力線路傳輸配用電信息，因?yàn)檫@樣可以不必重新布設(shè)新的通信線路。電力線載波在220KV以上的輸電線路得到非常成功的應(yīng)用。通過(guò)電力載波，電力系統(tǒng)可以進(jìn)行輸電網(wǎng)的電力調(diào)度，可以進(jìn)行電力載波語(yǔ)音傳輸，目前該技術(shù)仍然是高壓輸電的備用通信線路。電力載波在輸電網(wǎng)能夠應(yīng)用成功，最主要的原因是輸電網(wǎng)線路單一，從發(fā)電廠到一次變電所距離雖然遠(yuǎn)，但往往只有一條線路。同時(shí)，高壓網(wǎng)絡(luò)的電流小，干擾非常小。高壓線路分支非常少，即使有分支，也可以在分支處增加阻波器以消除其對(duì)載波信號(hào)的泄漏。與高壓輸電網(wǎng)相比，低壓配電網(wǎng)表現(xiàn)出完全不同的特點(diǎn)：?高噪聲線路中有各種噪聲，包括家用電器、工業(yè)電機(jī)、變頻設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源等都會(huì)對(duì)電力載波進(jìn)行干擾，經(jīng)測(cè)試，有的地方噪聲電平可以達(dá)到0dBV.?高衰減電力載波在低壓配電網(wǎng)傳輸會(huì)產(chǎn)生極大的衰減，這種衰減主要由于低壓配電線路的線徑變化、材質(zhì)變化及眾多的分支引起，比如說(shuō)，低壓220V線路架空走線從變壓器到用戶有可能先采用75平方厘米的鋁線，接著采用50平方厘米的鋁線，最后用35平方厘米的鋁線以降低線路成本，進(jìn)用戶前則采用4平方厘米的銅導(dǎo)線。同時(shí)低壓用戶數(shù)量較多，從幾戶到幾百戶不等，分布在以變壓器為中心的周邊地域，這樣就必然在低壓線路上形成眾多的T型分支接頭。線徑變化、材質(zhì)變化、分支接頭都會(huì)造成電力載波信號(hào)的極大衰減及信號(hào)的反射。有人統(tǒng)計(jì)，這種信號(hào)的衰減最大可以到達(dá)180dB/km。?高時(shí)變低壓配電網(wǎng)電力載波信號(hào)的傳輸特性會(huì)隨時(shí)間而變化，白天與黑夜不同，周一到周日不同，一年四季不同，甚至瞬間發(fā)生劇烈變化。信號(hào)的時(shí)變性是由于電力負(fù)荷的變化引起的?？傊蛪号潆娋W(wǎng)的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們對(duì)它的認(rèn)知，我們很難用一個(gè)確定的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述它。我們唯一的辦法是將其看成一個(gè)黑匣子，通過(guò)外部的仿真來(lái)逐漸適應(yīng)其變化。低壓配電網(wǎng)絡(luò)的以上特性造成了低壓電力載波與高壓輸電網(wǎng)電力載波通信效果的截然不同，在高壓輸電網(wǎng)可以進(jìn)行載波電話語(yǔ)音的幾十公里甚至上百公里的完美傳送，而低壓配電網(wǎng)進(jìn)行幾百BIT的數(shù)據(jù)傳輸速率卻很難得到理想的結(jié)果。3、 低壓電力載波在我國(guó)的發(fā)展歷程低壓電力載波在我國(guó)開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)80年代，在1998年前后進(jìn)行了大量的研究，1998年?2003年處于各地試點(diǎn)階段，發(fā)展較慢，2003年后有所發(fā)展，應(yīng)用逐漸推廣，2006年后需求極大膨脹，現(xiàn)在處于電力載波發(fā)展的高峰期。1998年國(guó)家為了刺激經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，擴(kuò)大內(nèi)需，進(jìn)行了為期近5年的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造。電網(wǎng)改造主要集中在輸配電線路、電能表計(jì)的改造，在這期間，大量的機(jī)械電表被性能更優(yōu)的電子電能表替代。電子電能表使電力載波自動(dòng)抄表成為可能，這時(shí)，有的地方電力公司拿出一部分資金進(jìn)行了電力載波自動(dòng)抄表試驗(yàn)。前期的試驗(yàn)結(jié)果可以用慘敗來(lái)形容，大家往往在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)試通過(guò)后就大量安裝在現(xiàn)場(chǎng)，到了現(xiàn)場(chǎng)后出現(xiàn)了兩種結(jié)果，即抄不到和抄不準(zhǔn)。98年前后大家都用的是國(guó)外芯片，比較典型的是ST7536，INTELON的P300及LM1839等芯片，這些芯片應(yīng)用過(guò)程中大家發(fā)現(xiàn)了諸多問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在通信盲點(diǎn)。中國(guó)電力載波在前8年的發(fā)展中應(yīng)該說(shuō)是走了一定的彎路，我們總希望找到一種芯片，或者一種調(diào)制方式，可以在低壓配電網(wǎng)變壓器供電范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的完全通信，即從變壓器到每一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)都能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的到達(dá)。在調(diào)制方式上，先后采用過(guò)FSK和BPSK調(diào)制方式，從單一頻率的窄帶通信到擴(kuò)頻通信，再回到窄帶通信，從國(guó)外芯片再回歸到國(guó)內(nèi)芯片，大家反反復(fù)復(fù)做了很多試驗(yàn)。需要提一句的是，當(dāng)年擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用到電力載波時(shí)讓大家無(wú)不興奮，仿佛擴(kuò)頻技術(shù)會(huì)解決所有的電力載波問(wèn)題，那時(shí)不談擴(kuò)頻就意味沒(méi)有進(jìn)步，然而遺憾的是，在無(wú)線領(lǐng)域應(yīng)用成功的擴(kuò)頻技術(shù)并沒(méi)有給我們帶來(lái)想要的效果，由于配電網(wǎng)廣譜的噪聲及對(duì)寬帶信號(hào)的衰減，大家最后的結(jié)論是擴(kuò)頻芯片在很多環(huán)境下應(yīng)用甚至不如窄帶芯片。非常清楚的記得在2002年北京的電力行業(yè)年會(huì)上，有兩家芯片公司幾乎同時(shí)推出了國(guó)產(chǎn)的電力載波芯片，這兩家公司就是青島東軟和北京福星曉程，說(shuō)句實(shí)話，當(dāng)年大家都沒(méi)有想到這兩家公司能夠走到今天，更沒(méi)有想到今天在國(guó)內(nèi)電力載波芯片市場(chǎng)上我們的選擇只能從這兩家芯片選擇。當(dāng)時(shí)的情況是，國(guó)內(nèi)的這兩款芯片與國(guó)外比從調(diào)制方式上并沒(méi)有什么不同，唯一變化的是在芯片內(nèi)集成了DLT645協(xié)議（基于485通訊方式的規(guī)約），并對(duì)該協(xié)議做了簡(jiǎn)單的修改，在協(xié)議里面定義了中繼字節(jié)，這樣，該芯片可以通過(guò)中繼方式進(jìn)行通信，中繼最多可以達(dá)到3級(jí)。就是這一小小的變化，使低壓電力載波從原先的不可用到今天的基本可用。電表廠家沒(méi)有更好的選擇，所以大家只有選擇這兩種芯片，芯片技術(shù)所不能及再通過(guò)其他技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。國(guó)產(chǎn)載波芯片在80%的應(yīng)用環(huán)境，尤其在新建規(guī)范小區(qū)，基本可以滿足電力公司的要求。但是，電力系統(tǒng)上電力載波集中抄表系統(tǒng)一定是需要整條10KV線路的所有電表，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要通過(guò)電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，若有部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)法抄回，電力部門計(jì)算線損就不能實(shí)現(xiàn)。另外，電力網(wǎng)中還有很多數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸，比如電壓、電流的監(jiān)測(cè)，防竊電等，更是需要數(shù)據(jù)的及時(shí)傳送。4、國(guó)內(nèi)外主流電力載波芯片介紹以下電力載波芯片資料來(lái)源于載波芯片公司網(wǎng)上資料。1）福星曉程PL3105芯片10MIPS@10MHzOSC,8/16位高性能低功耗微處理器8051兼容內(nèi)核16KbytesE*ROM片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，支持ISP1KbytesSRAM片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器◎嚴(yán)格的1T指令周期256ByteSRAM片內(nèi)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器由電源和備用電池雙重供電，確保數(shù)據(jù)不丟失2路16位￡4調(diào)制A/D轉(zhuǎn)換器2路可編程全雙工串行口（可配置為紅外及RS485通訊模式）3路16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器8個(gè)中斷源，2級(jí)中斷1路8位PWM調(diào)制D/A轉(zhuǎn)換器◎直序擴(kuò)頻，DPSK調(diào)制/解調(diào)，半雙工電力載波通信單元，500/250Bps可選◎?qū)崟r(shí)鐘/日歷單元，自動(dòng)閏年閏月4X24段筆劃式LCD驅(qū)動(dòng)電路及8X8段筆劃式LED驅(qū)動(dòng)電路◎帶有硬件方向判別邏輯的紅外線脈沖探測(cè)驅(qū)動(dòng)電路◎完善的上/掉電復(fù)位，電壓監(jiān)測(cè)及看門狗電路◎單一+5V供電，典型電流為10mA◎工業(yè)級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)：一40°C?+85°CPQFP64封裝電流通道內(nèi)置可程序設(shè)定增益放大器（PGA）;☆內(nèi)置雙通道電流采樣、正/負(fù)功指示數(shù)字邏輯電路；☆內(nèi)置有功功率和無(wú)功功率計(jì)量電路；2）青島東軟電力載波芯片EASTSOFTES16U系列芯片是專門為電力線介質(zhì)作為通信信道而設(shè)計(jì)的擴(kuò)頻通信與數(shù)據(jù)處理芯片。該芯片具有通信可靠性高、處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠、和安全的控制能力，且具有低成本、低功耗、外圍器件少等特點(diǎn)°ES16U是在穩(wěn)定可靠的ES16T芯片基礎(chǔ)上而開(kāi)發(fā)的新一代電力線載波擴(kuò)頻通信與數(shù)據(jù)處理芯片。其突出特點(diǎn)是采用了規(guī)范、實(shí)用、高效的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，使整個(gè)通信系統(tǒng)的效率得到明顯提升。由于應(yīng)用層的設(shè)計(jì)與DL/T645-1997規(guī)范的緊密結(jié)合，帶來(lái)了與復(fù)費(fèi)率電能表和多功能電能表在數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)、讀寫(xiě)操作等方面的統(tǒng)一。ES16U芯片實(shí)現(xiàn)了基于電力線通信網(wǎng)絡(luò)的電子終端設(shè)備之間的互通互連、有效的測(cè)量脈沖的數(shù)據(jù)處理、和對(duì)終端設(shè)備的控制能力。ES16U芯片的應(yīng)用主要集中在自動(dòng)讀表領(lǐng)域，為電力行業(yè)或其它公共事業(yè)部門提供了一種最佳的AMR的解決方案。ES16U系列芯片包括ES16U-10/5RM、ES16U-04/6RM、ES16U-02/6RM、ES16U-10/5RB、ES16U-04/6RB、ES16U-02/6RB六種型號(hào)。ES16U芯片特點(diǎn)：§擴(kuò)頻通信技術(shù)、軟件相關(guān)器和匹配濾波器，63位碼序列；§高效率前向糾錯(cuò)、高性能數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；§BFSK調(diào)制、半雙工通信、碼速率高達(dá)20.8k波特；§高效率幀中繼轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，支持3級(jí)中繼深度?？删幊痰木W(wǎng)絡(luò)地址；§接收信號(hào)強(qiáng)度權(quán)重參數(shù)指示，為中繼搜索算法提供支持，提高通信系統(tǒng)穩(wěn)定性；§三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層）。其中，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范是基于高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC，應(yīng)用層通信協(xié)議完全兼容于DL/T645-1997規(guī)范;§電能脈沖的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力；§支持對(duì)磁保持繼電器（ES16U-x/xxM系列）和斷路保護(hù)器（ES16U-x/xxB）的控制，實(shí)現(xiàn)斷送電（拉合閘）能力；§遠(yuǎn)程控制（斷送電）指示和數(shù)據(jù)接收和發(fā)送指示；§直接驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)電能測(cè)量數(shù)據(jù)與顯示指示數(shù)據(jù)同步，保證數(shù)據(jù)的一致性；3）ST7538工作原理利用電力線作為通信介質(zhì)的電力載波通信，具有極大的方便性、免維護(hù)性、即插即用等優(yōu)點(diǎn)，在很多情況下是人們首選的通信方式。ST7538是最近SGSTHOMSON公司在電力載波芯片ST7536、ST7537基礎(chǔ)上推出的又一款半雙工、同步/異步FSK（調(diào)頻）調(diào)制解調(diào)器芯片。該芯片是為家庭和工業(yè)領(lǐng)域電力線網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計(jì)的，與ST7536和ST7537相比，主要具有以下特點(diǎn)：*有8個(gè)工作頻段，即：60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82.05kHz、86kHz、110kHz和132.5kHz；*內(nèi)部集成電力線驅(qū)動(dòng)接口，并且提供電壓控制和電流控制；*內(nèi)部集成+5V線性電源，可對(duì)外提供100mA電流；*可編程通信速率高達(dá)4800bps；*提供過(guò)零檢測(cè)功能；*具有看門狗功能；*集成了一個(gè)片內(nèi)運(yùn)算放大器；*內(nèi)部含有一個(gè)具有可校驗(yàn)和的、24位可編程控制寄存器；*采用TQFP44封裝。ST7538是采用FSK調(diào)制技術(shù)的高集成度電力載波芯片。內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過(guò)串行通信，可以方便地與微處理器相連接。內(nèi)部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，只要通過(guò)耦合變壓器等少量外部器件即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538還提供了看門狗、過(guò)零檢測(cè)、運(yùn)算放大器、時(shí)鐘輸出、超時(shí)溢出輸出、+5V電源和+5V電源狀態(tài)輸出等，大大減少了ST7538應(yīng)用電路的外圍器件數(shù)量。此外，該芯片符合歐洲CENELEC(EN50065-1)和美國(guó)FCC標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)RxTx為低時(shí)，ST7538處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。待發(fā)數(shù)據(jù)從TxD腳進(jìn)入ST7538，時(shí)鐘上升沿時(shí)被采樣，并送MSK調(diào)制器調(diào)制。調(diào)制頻率由控制寄存器bit0?bit2決定，速率由控制寄存毅郁3?bit4決定。調(diào)制信號(hào)經(jīng)D/A變化、濾波和自動(dòng)電平控制電路(ALC),再通過(guò)差分放大器輸同到電力線。當(dāng)打開(kāi)時(shí)間溢出功能，且發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間超過(guò)1s或3s時(shí)，TOUT變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)發(fā)送狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。這樣可以避免信道長(zhǎng)時(shí)間被某一節(jié)點(diǎn)(ST7538)點(diǎn)用。接收數(shù)據(jù)當(dāng)RxTx為高時(shí)，ST7538處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。信號(hào)由模擬輸入端RAI腳進(jìn)入ST7538，經(jīng)過(guò)一個(gè)帶寬±10kHz的帶通濾波器，送入一個(gè)帶有自動(dòng)增益AGC的放大器。該濾波器可以通過(guò)控制寄存器bit23置零取消濾波功能。自動(dòng)增益放大器可以根據(jù)電力線的信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整。為提高信噪比，經(jīng)過(guò)放大器的信號(hào)送入一個(gè)以通信頻率為中心點(diǎn)、帶寬為土6kHz的窄帶濾波器。此信號(hào)再經(jīng)過(guò)解調(diào)、濾波和鎖才目，變成串行數(shù)字信號(hào)，輸出給出ST7538相連的微處理器。4)ECHELONPL3120echlon窄帶技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(NarrowBandtechnologywithdigitalsignalprocessing)：Echelon把噪聲抑制和畸變糾正的專利算法技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字信號(hào)處理內(nèi)核中。這些性能使得收發(fā)器可以糾正電力線信號(hào)中多種多樣的干擾，包括脈沖噪聲，連續(xù)音頻噪聲、相位畸變等。結(jié)果是Echelon的智能電力線收發(fā)器甚至能成功地接收其他技術(shù)還不能探測(cè)到的信號(hào)。雙載波頻率(Dualcarrierfrequency):當(dāng)首選載頻被噪聲阻塞的時(shí)候，獨(dú)特的雙載波頻率功能自動(dòng)地選擇第二載波頻率傳送。前向糾錯(cuò)(ForwardErrorCorrection):許多噪聲源主要是通過(guò)損壞數(shù)據(jù)包的辦法來(lái)干擾電力線信號(hào)。PL3120和PL3150智能收發(fā)器在循環(huán)亢余校驗(yàn)碼的基礎(chǔ)上，采用高效低消耗的前向糾錯(cuò)碼(FEC)算法來(lái)克服錯(cuò)誤包。強(qiáng)大的輸出放大器(Powerfuloutputamplifier):外接高輸出放大器的智能收發(fā)器可以發(fā)出滿足世界發(fā)射要求的7V峰峰值信號(hào)。寬廣的動(dòng)態(tài)范圍(Widedynamicrange):動(dòng)態(tài)范圍和接收器的靈敏度有關(guān)。PL3120和Pl3150智能收發(fā)器的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到〉80dB。在一條低噪安靜的傳輸線上智能收發(fā)器可以接收衰減達(dá)104的信號(hào)。5)homeplug以下是我2000年在《電子技術(shù)應(yīng)用》發(fā)表的關(guān)于HOMEPLUG技術(shù)的介紹摘要：分析電力線上網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了HomePlug的目標(biāo)、市場(chǎng)機(jī)遇、技術(shù)條件及任務(wù)。關(guān)鍵詞：HomePlug信息接入家電上網(wǎng)HomePlug全稱是HomePlugPowerLineAlliance,譯為家庭插電聯(lián)盟。該聯(lián)盟由松下、英特爾、惠普、夏普等13家公司于2000年3月成立，現(xiàn)已發(fā)展成為由90家公司組成的企業(yè)聯(lián)盟。其宗旨是聯(lián)合包括應(yīng)用電子、消費(fèi)電子、軟件、硬件、零售等行業(yè)的著名公司，致力于為各種信息家電產(chǎn)品建立開(kāi)放的電力線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入規(guī)范。其未來(lái)目標(biāo)是，只需在事先安裝好的萬(wàn)能插座上插入電源插頭即可構(gòu)筑起局域網(wǎng)。新技術(shù)運(yùn)用普通的電力線可以傳輸因特網(wǎng)的資料，所有電話、傳真機(jī)、電腦及電視、攝像機(jī)等家用電器將來(lái)都可以直接用墻壁的電線插座互聯(lián)在一起。其實(shí)早在1991年美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)的Cebus研究會(huì)已經(jīng)把電力線作為了三種家庭總線中的一種。致力于創(chuàng)造共同的家用電線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),HomePlug于2001年6月26日發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)的第1個(gè)版本“HomePlug1.0”，數(shù)據(jù)傳輸速度為14Mbit/秒。按計(jì)劃，遵循HomePlug的產(chǎn)品在2001年底亮相。1電力線作為信息接入方式的優(yōu)點(diǎn)因?yàn)樵诩彝サ拿總€(gè)房間都有不止一個(gè)的電源插座，電力線網(wǎng)絡(luò)是目前世界上最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)之一。電力線網(wǎng)絡(luò)由于它的易用性及低廉價(jià)格，必將成為改變?nèi)藗兩罘绞降男碌男畔⒔尤敕绞街?。用電力線作家庭互聯(lián)網(wǎng)接入有其顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1） 數(shù)據(jù)傳輸速率快。理論上電線作為通信線路的通信速度,根據(jù)不同的頻率可達(dá)每秒3兆比特或10兆比特，與光纖大致才目同。一個(gè)民用220V線路的變壓器只覆蓋一定范圍內(nèi)的用戶，所以在同一條電力線上的資源不會(huì)因?yàn)橛脩籼喽档托省Ｔ谟脩糨^少的情況下，可以把幾個(gè)變壓器線路區(qū)域內(nèi)的用戶聯(lián)在一起，提高服務(wù)器的利用率;如果用戶增多了，不同變壓器區(qū)域內(nèi)的用戶又可以分開(kāi),使用本區(qū)域的主服務(wù)器,可使資源的利用率始終保持在較高的水準(zhǔn)。配電網(wǎng)是一種共享介質(zhì)，即所有與之相連的用戶都共享用一“電纜”。在典型的城市配置中,它則轉(zhuǎn)化為與一個(gè)變壓器相連的大約100到200個(gè)用戶。（2） 施工方便、一線兩用，價(jià)格低廉，延伸方便。電力線在家庭、公司及各種場(chǎng)所處處可達(dá)，比電纜和固定電話網(wǎng)絡(luò)更是廣泛。例如，用戶能自由選擇在家電任何有電插座的角落上網(wǎng)，用量多大都不必?fù)?dān)憂電話費(fèi),也不用花錢鋪設(shè)電話線。2用電力線實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)需解決的問(wèn)題因?yàn)殡娏€網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目的是為了傳輸電能而不是為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只是因近些年來(lái)市場(chǎng)的需求才提出用它作為家庭網(wǎng)絡(luò)的信息接入方式之一。電力線的網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)、電力線路的狀況、線路中連接的各種家用電器的干擾、各種電器用電流特性都可能影響電力線網(wǎng)絡(luò)通信的效果;不同信號(hào)合方式對(duì)電力通信信號(hào)損失不同;電力線存在本身固有的脈沖干擾;電力線傳輸所存在明顯的缺點(diǎn)就是噪聲大和安全性低的問(wèn)題。盡管電力線可以作為高速通信的一種備選介質(zhì)，但電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備并不具備提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的功能，家庭電器產(chǎn)生的電磁波會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生干擾，這種聯(lián)網(wǎng)方式也會(huì)影響短波收音機(jī)等。另外，采用電網(wǎng)上網(wǎng)服務(wù),是一種“共享帶寬（sharedbandwidth）的技術(shù)，用戶上網(wǎng)時(shí)的速度，取決于當(dāng)時(shí)會(huì)有多少用戶上網(wǎng)。如果很多用戶同時(shí)上網(wǎng)，傳輸速度相對(duì)就較慢。目前,HomePlug主要采用Intellon的電力線載波技術(shù)，同時(shí)，聯(lián)合了微電子、芯片制造業(yè)、軟硬件行業(yè)的大公司集中力量解決電力線通信過(guò)程中的抗干擾問(wèn)題。HomePlug的目標(biāo)家庭插電聯(lián)盟的規(guī)范朝以下方面發(fā)展：（1） HomePlug產(chǎn)品應(yīng)有競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格。（2） 采用現(xiàn)有的家庭電力線網(wǎng)絡(luò)作為通信媒介。（3） 提供以太網(wǎng)速率的高速互聯(lián)。（4） 允許消費(fèi)者在家庭的任何一個(gè)插座輸出將計(jì)算機(jī)及其它設(shè)備方便地連接起來(lái)。（5） HomePlug規(guī)范與現(xiàn)有的以電力線路為通信媒介的其它協(xié)議不能沖突，其中包括X-10,CEBus,LonWorks。HomePlug的目標(biāo)是讓消費(fèi)者通過(guò)該技術(shù)，使家庭的計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、音響、電話等設(shè)備以電力線共享高速的互聯(lián)網(wǎng)連接。HomePlug的高層機(jī)遇非常清楚這樣一個(gè)事實(shí)，日益增長(zhǎng)的消費(fèi)者希望他們家庭的計(jì)算機(jī)及各種家用電器都以寬帶的速度聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，而他們并不關(guān)心采用什么樣的媒介。有人估計(jì)2002年有超過(guò)50%的美國(guó)家庭至少有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)需要聯(lián)入因特網(wǎng)。這方面，電力線網(wǎng)絡(luò)由于其普遍性，易用性在信息的高速接入方面即將呈現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)美國(guó)CahnersIn-Stat于2001年5月發(fā)現(xiàn)的調(diào)查，“使用電源線的家庭網(wǎng)絡(luò)將呈迅猛增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在美國(guó)市場(chǎng)，家庭網(wǎng)絡(luò)IC的銷售額在2005年前將以年平均77%的速度增長(zhǎng),電源線收發(fā)器IC的銷售額和出貨量均有望獲得高速成長(zhǎng)”。HomePlug的可行性研究在推出“HomePlug1.0”之間,2001年2月至2001年5月HomePlug主要成員在美國(guó)和加拿大的許多地方選擇了不同環(huán)境的500多個(gè)家庭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)的電力線路超過(guò)10,000條，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析文件超過(guò)25,000個(gè)。試驗(yàn)項(xiàng)目主要集中在電力線通信速率、信號(hào)抗干擾能力、與其它電力線通信協(xié)議的兼容性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘确矫妗⒓蝇F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的公司有：Broadcom,Cisco,Cogency,ConEdison,Conexant,Enikia,Intel,Intellon,Motorola,Panasonic,RadioShack,Sharp,SON-Icblue,Telewise,Valence。HomePlug采用正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM技術(shù))，OFDM可以提高電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。它是一種多載波調(diào)制技術(shù)。傳輸質(zhì)量的不穩(wěn)定意味著電力線網(wǎng)絡(luò)不能保證如語(yǔ)音和視頻流這樣的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的傳輸質(zhì)量。然而對(duì)于傳輸突發(fā)性Internet數(shù)據(jù)流它卻是不理想的網(wǎng)絡(luò)。即便是在配電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾的情況下,OFDM也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率，而且適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)技術(shù)可確保可靠的數(shù)據(jù)傳輸。HomePlug的下一步任務(wù)HomePlug的下一步工作是提供符合“HomgPlug1.0”要求的產(chǎn)品，讓消費(fèi)者利用家庭電源插頭上網(wǎng)美夢(mèng)成真。同時(shí)，家庭插電聯(lián)盟要進(jìn)行HomePlug的資格認(rèn)證。對(duì)大眾的HomePlug知識(shí)培訓(xùn)是一項(xiàng)非常重要的工作，目的是讓大家知道利用電力線上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)家用電器的電力線互聯(lián)的時(shí)代即將到來(lái)。雖然HomePlug成立時(shí)間不長(zhǎng)，而且家用電器上網(wǎng)目前還有一些技術(shù)上的問(wèn)題急需解決，但HomePlug聯(lián)盟陣容強(qiáng)大，并且涉及行業(yè)很多。對(duì)我國(guó)的電力行業(yè)而言，加入HomePlug目前無(wú)疑是個(gè)非常好的機(jī)會(huì)。由于HomePlug是一個(gè)非盈利的組織,通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站就很容易成為它的成員。5、低壓配電網(wǎng)電力載波的發(fā)展方向低壓配電網(wǎng)電力載波技術(shù)在中國(guó)經(jīng)過(guò)近10年的應(yīng)用，可以用心酸能形容其所走過(guò)的歷程。原因在于，真正研究技術(shù)的人太少，我們國(guó)家的電表企業(yè)原先都是做機(jī)械表，98年電子電能表項(xiàng)目上馬時(shí)，大量的懂機(jī)械的人開(kāi)始熟悉電子電能表的生產(chǎn)工藝，好在電子表元器件少，基本上屬于單芯片，而且ADI公司將電能表的PCB都給出了，所以對(duì)大家來(lái)說(shuō)，難度沒(méi)有想象的那么大，即使這樣，當(dāng)年，電子電能表剛推出時(shí)也出現(xiàn)過(guò)大量的質(zhì)量問(wèn)題，基本集中在字輪推動(dòng)，電容選擇等低級(jí)問(wèn)題上。電子電能表出現(xiàn)后，由于電子電能表提供了脈沖輸出，所有大家認(rèn)為，能夠計(jì)量脈沖數(shù)后加上載波芯片就可以進(jìn)行電力線的遠(yuǎn)程抄表了，所以當(dāng)年做電力載波的絕大數(shù)工程師是搞機(jī)械的出生。電力載波通信首先是一門通信技術(shù)、其次是儀表技術(shù)，最后才是電表的技術(shù)。所以，要搞好低壓電力載波通信，首先要清楚通信原理，其次要熟悉儀表技術(shù)，最后要明白電能表計(jì)量原理。全國(guó)目前注冊(cè)的電能表廠家有上千家，電能表工程師數(shù)以萬(wàn)計(jì)，但真正研發(fā)電力載體通信技術(shù)的電表公司技術(shù)人員屈指可數(shù)。目前國(guó)內(nèi)低壓電力載波通信芯片市場(chǎng)上，青島東軟占約40%份額、福星曉程約占40%份額，ST7538約占10%份額，其它芯片約占10%份額，ST7538屬于透明傳輸芯片，之前的版本是ST7536,ST公司在國(guó)內(nèi)既沒(méi)有完善的技術(shù)支持，也沒(méi)有抄表方案提供。青島東軟及福星曉程不但提供了載波芯片，而且提供全套的外圍方案設(shè)計(jì)，青島東軟甚至提供后臺(tái)軟件（東軟是一個(gè)軟件公司）。前面講過(guò)，在低壓電力載波通信上，靠點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)位于變壓器的集中器與分散的用戶電表的直接通信，必須靠中繼和路由完成。青島東軟及福星曉程都是采用改進(jìn)的DLT645規(guī)約來(lái)進(jìn)行中繼通信，即通過(guò)將645規(guī)約中添加一個(gè)字節(jié)實(shí)現(xiàn)中繼，中繼深度最多3級(jí)。通過(guò)中繼實(shí)現(xiàn)電力載波的數(shù)據(jù)傳輸接力應(yīng)該說(shuō)是有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)，既可以利用現(xiàn)存的645規(guī)約（該規(guī)約用于多功能表通信）而無(wú)需考慮協(xié)議的穩(wěn)定性，也有利于在電力載波上與多功能表的直接通信。東軟與曉程的電力載波芯片及方案屬于中繼方案，在80%的電網(wǎng)環(huán)境下，尤其在城市新建小區(qū)下應(yīng)用有其可行性。為了說(shuō)明電力載波方案的發(fā)展方向，這里舉例說(shuō)明，假設(shè)在一個(gè)用戶變壓器范圍內(nèi)有500戶電能表，500戶電能表遠(yuǎn)近不同分布在變壓器周邊，數(shù)據(jù)集中器安裝于變壓器附近，集中器與電能表之間通過(guò)電力載波進(jìn)行通信，由于配電線路的衰減及線路中的噪聲，集中器并不能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的與所有電能表直接通信。假如，集中器首先與500只電表中的100只電表成功進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換，當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的半雙工方式，這是通信的第一級(jí)。之后，由已經(jīng)通信成功的100只表去尋找剩下的400只電表，假設(shè)這個(gè)過(guò)程通信成功50只電表，這個(gè)過(guò)程屬于中繼的第2級(jí)，最后，再利用400只電表找100只電表再找50只電表再尋找剩余的電表。這種算法是遍歷枚舉的方式，其運(yùn)算量呈級(jí)數(shù)增加，經(jīng)常看到這種技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)算幾日還未找到合適的路徑，即使終于找到路徑，也有可能由于配電網(wǎng)的時(shí)變性而同樣讓路徑無(wú)效。東軟、曉程技術(shù)的主要缺點(diǎn)：1） 從根本上講，這兩種技術(shù)頂多屬于中繼技術(shù)。集中器中存有各個(gè)電表的中繼路徑表，所有的中繼過(guò)程完全由集中器完成，載波電表中沒(méi)有中繼路徑，所以，通信只能是主從式，只能由集中器發(fā)起，電表不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的主動(dòng)上傳，而事實(shí)上，電表有很多信息需要主動(dòng)上傳，如報(bào)警信息，自動(dòng)安裝信息等。2） 通過(guò)集中器進(jìn)行的中繼深度只能到3級(jí)，更深的中繼，主從式協(xié)議很難定義，集中器也沒(méi)有辦法運(yùn)算。3級(jí)的中繼有很多地方的配電網(wǎng)無(wú)法讓集中器信號(hào)抵達(dá)所有電表。在現(xiàn)場(chǎng)中我們?cè)?jīng)碰到過(guò)不到800M的距離，從集中器到末梢電表共11只電表卻需要9級(jí)中繼的線路。3） 東軟和曉程的芯片的均采用BPSK方式進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，并進(jìn)行了擴(kuò)頻，但現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，這種調(diào)制方式的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力并不理想。Echelon公司基于LONWORKS的電力載波芯片技術(shù)可以算得上電力載波的里程碑技術(shù)。LONWORKS是一系列協(xié)議、規(guī)范及組織的總稱，LONWORKS的最核心的標(biāo)準(zhǔn)稱之為L(zhǎng)ONTALK協(xié)議，LON是LOCALOPERATIONNETWORK的縮寫(xiě)。據(jù)說(shuō)，當(dāng)年ECHELON的創(chuàng)始人看到TCP/IP將全球PC無(wú)縫互聯(lián)后，萌發(fā)了通過(guò)一種協(xié)議將全球儀表無(wú)縫互聯(lián)的理想，所以，LONTALK可以看成儀器儀表領(lǐng)域的TCP/IP協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)相同的是，LONTALK仍然采用OSI的七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但簡(jiǎn)單了許多。與互聯(lián)網(wǎng)不同的是，LONTALK是基于低速網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)調(diào)的是穩(wěn)定可靠而不是數(shù)據(jù)的高速傳輸。LONTALK目前在樓宇自動(dòng)話、工業(yè)控制等方面得到非常廣泛的應(yīng)用，并成為很多國(guó)家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，LONTALK雖然支持各種傳輸介質(zhì)，但目前應(yīng)用得最廣泛的還是雙絞線介質(zhì)。ECHELON公司在電力線的機(jī)會(huì)得益于2000年左右的意大利ENEL電網(wǎng)公司的全球招標(biāo)。ENEL是意大利的“國(guó)家電網(wǎng)公司”，在大約2000年時(shí)有一個(gè)龐大的項(xiàng)目，需要將全國(guó)近3000萬(wàn)只電表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，當(dāng)時(shí)，ENEL看中的技術(shù)先是ST7538，但當(dāng)他們了解到LONWORKS后，迅速將目標(biāo)轉(zhuǎn)向基于LONTALK的ECHELON電力載波芯片PL3120。目前，意大利ENEL公司項(xiàng)目已經(jīng)完成，將其近3000萬(wàn)只電表連接在一起，ECHELON公司在意大利項(xiàng)目中看到了LONTALK協(xié)議在電力通信方面的巨大商業(yè)價(jià)值，專門成立了針對(duì)電力系統(tǒng)的NES工程部，負(fù)責(zé)全球的低壓配電網(wǎng)的集中抄表及配網(wǎng)管理項(xiàng)目。雖然LONTALK屬于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，大家都可以去按照自己的辦法實(shí)現(xiàn)LONTALK，但如何在LONTALK協(xié)議基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)組網(wǎng)、自動(dòng)路由卻是ECHELON公司的技術(shù)秘密。ECHELON公司的芯片商業(yè)化推廣在歐美很是成功，目前，其產(chǎn)品已經(jīng)成為歐盟的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。要使用PL3120，首先要接受其近10美元的價(jià)格，其次，開(kāi)發(fā)過(guò)程中要購(gòu)買將近100萬(wàn)人民幣的各種開(kāi)發(fā)工具，這兩個(gè)方面，導(dǎo)致EHELON公司在中國(guó)大陸近3年的推廣中幾乎沒(méi)有成效，但PL3120卻指明了低壓電力載波的下一步發(fā)展方向。即：低壓配電網(wǎng)電力載波屬于分布式網(wǎng)絡(luò)，成功的通信必須依賴可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信及組網(wǎng)和自動(dòng)路由實(shí)現(xiàn)。成功的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信依據(jù)現(xiàn)代化的通信手段實(shí)現(xiàn)，組網(wǎng)需要可靠的協(xié)議保證，自動(dòng)路由算法需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行深入研究。如圖1所示為EHELON公司的基于LONWORKS電力載波芯片PL3120體系結(jié)構(gòu)圖，芯片在結(jié)構(gòu)上主要分為4大塊，分別為PLC、CPU1、CPU2、CPU3，PLC部分為窄帶的電力載波調(diào)制解調(diào)，采用BPSK方式進(jìn)行通信，CPU1、CPU2及CPU3分別為8位的單片機(jī)，其中CPU1、CPU2解析LONWORKS協(xié)議的1?6層，CPU3實(shí)現(xiàn)LONTALK的應(yīng)用層，供用戶接口用，PL3120內(nèi)部集成了4KFLASH。EHELON公司通過(guò)意大利項(xiàng)目，將其電力載波自動(dòng)路由、自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)集成于NES項(xiàng)目中，對(duì)外保密。PLCCPU,CPU1CPU2圖1ECHLON咯3120體系結(jié)構(gòu)ECHELON的基于LONWORKS的電力載波芯片讓我們看到了電力載波在低壓配電網(wǎng)的成功應(yīng)用，概括起來(lái)以下幾個(gè)方面促使了它的成功：LONTALK是國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)，基于OSI的七層協(xié)議保證了穩(wěn)定可靠的儀表信息傳輸，同時(shí)，大家基于同一標(biāo)準(zhǔn)保證了互換性，LONTALK在鏈路層定義了CSMA沖突檢測(cè)，為信息的并發(fā)，主動(dòng)上報(bào)提供了協(xié)議保證；ECHELON通過(guò)大量測(cè)試，采用了窄帶的PLC方式而沒(méi)有采用國(guó)內(nèi)芯片的擴(kuò)頻方式，在數(shù)據(jù)傳輸速率上可以達(dá)到5.5K(國(guó)內(nèi)芯片只有幾百BYTE/s)，在同樣通信速率下提高了抗干擾能力；在LONTALK基礎(chǔ)上，通過(guò)意大利ENEL公司項(xiàng)目大量的實(shí)踐，ECHELON公司積累了大量的低壓配電網(wǎng)自動(dòng)組網(wǎng)及路由方案，使低壓配電網(wǎng)電力載波節(jié)點(diǎn)真正形成了一個(gè)載波網(wǎng)絡(luò)，而不是國(guó)內(nèi)芯片應(yīng)用的中繼。這一部分成為了ECHELON公司最大的技術(shù)秘密和商業(yè)秘密。PL3120有這么多的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)推廣卻幾乎沒(méi)有什么進(jìn)展，主要原因在于：PL3120價(jià)格昂貴，光芯片的價(jià)格需約80元人民幣，與國(guó)內(nèi)芯片約30元人民幣相差很遠(yuǎn)；PL3120的開(kāi)發(fā)必須基于ECHELON的開(kāi)發(fā)工具NODEBULDER實(shí)現(xiàn)，該開(kāi)發(fā)工具連同其它測(cè)試工具，需要先期投入近百萬(wàn)人民幣；開(kāi)發(fā)者需要花費(fèi)大量的時(shí)間學(xué)習(xí)ECHELON的NODEBULDER開(kāi)發(fā)環(huán)境NUERALC語(yǔ)言；ECHELON公司并不提供低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)組網(wǎng)及路由方案，開(kāi)發(fā)者應(yīng)用PL3120進(jìn)行組網(wǎng)和路由必須一切從零開(kāi)始，而且，組網(wǎng)和路由應(yīng)該在OSI的網(wǎng)絡(luò)層完成，但PL3120已經(jīng)固化了LONTALK協(xié)議，所以組網(wǎng)及路由用戶只能在應(yīng)用層完成，這種難度可想而知。事實(shí)上，ECHELON公司在其NES系統(tǒng)中，PL3120固化了與標(biāo)準(zhǔn)LONTALK協(xié)議不一樣的協(xié)議棧。意大利ENEL公司的LONWORKS電表絕大多數(shù)生產(chǎn)代工在深圳開(kāi)發(fā)科技公司完成，當(dāng)年，此項(xiàng)目加工合同額近2.3億美金，轟動(dòng)了大陸的電表行業(yè)，開(kāi)發(fā)科技公司在代加工過(guò)程中，深深懂得LONWORKS對(duì)行業(yè)的影響，曾經(jīng)組織了近100人的LONWORKS研發(fā)隊(duì)伍，由于最核心的芯片控制在ECHELON公司，無(wú)論多大的訂單也沒(méi)有價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)科技最終解散了LONWORKS項(xiàng)目組。2004年，開(kāi)發(fā)科技LONWORKS項(xiàng)目組核心成員離開(kāi)開(kāi)發(fā)科技后，組建了新的公司，研發(fā)了國(guó)產(chǎn)的基于LONWORKS的電力載波芯片。軟銀風(fēng)投看中了該芯片的商業(yè)價(jià)值，于2006年投入了800萬(wàn)美金，該公司更名為瑞斯康微電子。圖2瑞斯康RISE3120體系結(jié)構(gòu)國(guó)產(chǎn)基于LONWORKS的電力載波芯片如圖2所示，從圖中可以看出，RISE3120芯片主要由3部分組成，及PLC、CPU1和CPU2。其中PLC部分與PL3120一樣采用BPSK方式，傳輸速率也為5.5K，但沒(méi)有采用PL3120的雙頻調(diào)制。RISE3120的CPU減至2個(gè)，其中CPU1負(fù)責(zé)LONTALK的1?6層解析，CPU2負(fù)責(zé)第7層應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。CPU數(shù)量的減少很容易理解，瑞斯康的芯片研發(fā)時(shí)間比ECHELON公司遲了近10年，現(xiàn)在的單片機(jī)內(nèi)核無(wú)論從運(yùn)算速度，指令精簡(jiǎn)、RAM大小都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于10年前的技術(shù)。RISE3120的協(xié)議棧、自動(dòng)路由及組網(wǎng)方案是在芯片成功流片后編程完成。與國(guó)產(chǎn)芯片比，RISE3120實(shí)現(xiàn)了LONTALK協(xié)議，屬于可以組網(wǎng)及路由的方案，而不是中繼方案。與PL3120相必，使用RISE3120通過(guò)C51即可完成，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，同時(shí)，RISE3120固化了組網(wǎng)方案及路由協(xié)議。傲立公司目前是瑞斯康微電子最大的技術(shù)合作伙伴，在目前眾多合作廠家中，傲立與瑞斯康微電子合作最深入，傲立給瑞斯康提出了眾多重大改進(jìn)方案，傲立在眾多合作廠家中唯一率先推出了樣表與集中器并成功應(yīng)用在哈爾濱電業(yè)局現(xiàn)場(chǎng)的白家堡及薛家屯現(xiàn)場(chǎng)。而這兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)曾經(jīng)由不少于30家的國(guó)內(nèi)外載波芯片及技術(shù)曾經(jīng)測(cè)試，但除了ECHELON技術(shù)及瑞斯康芯片技術(shù)外結(jié)果都是失敗。我所知道的參與測(cè)試的芯片分別有東軟，曉程、海通及ST7538，測(cè)試的電表廠家數(shù)十家。盡管傲立公司將RISE3120樣表安裝到現(xiàn)場(chǎng)并成功應(yīng)用，但我們卻同樣為其前景所擔(dān)憂，基于以下幾點(diǎn)：RISE3120外圍封裝了128PIN，管腳間距極密，生產(chǎn)難度很大，外圍器件眾多，由于工藝的原因，F(xiàn)LASH必須外置，線路板需要4層，大大增加了載波電表的成本。高成本使其市場(chǎng)推廣有極大難度。RISE3120盡管固化了自動(dòng)路由、組網(wǎng)協(xié)議，但瑞斯康的方案未必最佳，

很多方案需要在實(shí)踐過(guò)程中調(diào)整，瑞斯康顯然沒(méi)有這個(gè)精力。3）無(wú)論是ECHELON的PL3120還是瑞斯康的RISE3120，其PLC部分并沒(méi)有顯示出多強(qiáng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力是組網(wǎng)的基礎(chǔ)，好多惡劣環(huán)境該芯片同樣無(wú)能為力。6我們的低壓電力載波方案如圖3所示為我們的低壓電力載波體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由兩部分組成，一部分為高性能的電力載波芯片，該芯片應(yīng)該具有非常強(qiáng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力，具有先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)方式，該芯片應(yīng)該不能固化任何協(xié)議，必須是一個(gè)透明傳輸?shù)妮d波芯片。另一部分為高性能的單片機(jī)，該單片機(jī)具有豐富的資源，包括內(nèi)置FLASH，E2PROM（用于存放路由表），具有較多的RAM資源用于路由計(jì)算，高性能MCU負(fù)責(zé)LONTALK的1?3層協(xié)議解析及應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。圖3的這種體系結(jié)構(gòu)，使低壓電力載波網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)變得容易得多，我們可以選用最熟悉的單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以根據(jù)需要隨時(shí)改良組網(wǎng)及路由算法，可以選擇市場(chǎng)上最佳性能的PLC芯片以改善電力載波的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力。如今，各種高性價(jià)比，高性能的單片機(jī)比比皆是，很容忍找到符合要求的“便宜”的單片機(jī)。所以我們的工作是尋找符合組網(wǎng)要求的高性能PLC，這樣的PLC存在嗎？高性能PLCf一、高性能MCU高性能PLC\ V(E2PROM+FLASH圖3傲立公司低壓電力載波體系結(jié)構(gòu)說(shuō)到高性能載波芯片，我們必須回到前面提到過(guò)的HOMEPLUG，HOMEPLU1.0標(biāo)準(zhǔn)推出后，INTELON、MAXIM、MOTOROLA分別推出直徑符合HOMEPLUG的電力線上網(wǎng)芯片，傳輸速率達(dá)14M，可以實(shí)現(xiàn)電力線的寬帶上網(wǎng)，這種技術(shù)可以在房間內(nèi)范圍實(shí)現(xiàn)電力線局域網(wǎng)，該技術(shù)的傳輸范圍約為600平米區(qū)域。HOMEPLUG最新技術(shù)可以達(dá)到電力線傳輸200M以上。國(guó)內(nèi)曾經(jīng)有叫中電飛華的公司在北京幾十個(gè)小區(qū)推了上萬(wàn)戶的電力線上網(wǎng)用戶，最后由于商業(yè)模式的問(wèn)題于去年中止。電力線上網(wǎng)通過(guò)一種叫OFDM的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電力線寬帶。OFDM是正交頻分復(fù)用技術(shù)的縮寫(xiě)，將數(shù)據(jù)流分成若干相互正交的子波進(jìn)行傳輸，每個(gè)子波的傳輸速率降低，從而大大提高了抗干擾能力。另外，低壓配電網(wǎng)對(duì)不同的頻率呈現(xiàn)出不同的特性，假設(shè)某一時(shí)刻，某一子波受到干擾，而其它頻率子波仍正常通信，這樣就大大提高了通信質(zhì)量。由于OFDM可以通過(guò)DFT及IDFT自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了其實(shí)現(xiàn)難度。目前，OFDM已經(jīng)在電力線上網(wǎng)、ADSL、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電視傳輸、短距離無(wú)線局域網(wǎng)等方面得到成功應(yīng)用，下一帶移動(dòng)通信技術(shù)4G也準(zhǔn)備采用OFDM實(shí)現(xiàn)。8關(guān)于低壓配電網(wǎng)電力載波網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)、廣播及路由技術(shù)低壓配電載波網(wǎng)絡(luò)與短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類似，它首先是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，但屬于松散的網(wǎng)絡(luò)，它不像移動(dòng)通信或衛(wèi)星通信那樣有骨干網(wǎng)的支撐，骨干網(wǎng)的路由技術(shù)一般拓?fù)涔潭ǎ娏d波網(wǎng)絡(luò)往往發(fā)生拓?fù)渥兓?，需要研究在拓?fù)渥兓h(huán)境下的單播路由、組播路由及廣播路由問(wèn)題。ZigBEE、802.11解決了短距離無(wú)線組網(wǎng)問(wèn)題，低壓電力載波的組網(wǎng)可以借鑒。這方面，傲立公司有很多成熟的經(jīng)驗(yàn)。OFDM及其關(guān)鍵技術(shù)OFDM，正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技術(shù)是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳輸?shù)募夹g(shù)措施，HomePLUG1.0的規(guī)范覆蓋4-21MHz的通信頻段，在這個(gè)頻段內(nèi)劃分了84個(gè)OFDM通信信道。OFDM的原理是幾個(gè)通信信道按90度的相位作頻分，這樣的結(jié)果是當(dāng)某一個(gè)信道波形過(guò)零點(diǎn)時(shí)相鄰信道的波形恰好是幅值最大值，這樣就保證了信道間的波形不會(huì)因外來(lái)的干擾而交疊，串?dāng)_。OFDM的關(guān)鍵技術(shù)包括：OFDM基本原理OFDM同步OFDM信道估計(jì)；OFDM的FFT實(shí)現(xiàn)；具體方面可以參考：國(guó)防工業(yè)出版社2006年1月出版的《正交頻分復(fù)用的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)》一一張海濱。關(guān)于IEC62056及GB/Z20177這次黑龍江將IEC62056引入作為集中器及后臺(tái)主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，做了一件很宏觀的事情，有了這個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，解決了眾多廠家及電力公司最頭疼的事情，即數(shù)據(jù)的整合問(wèn)題。遺憾的事，在集中器到電表間卻采用645規(guī)約，其實(shí)東軟的方案并不是真正的645,因?yàn)?45并沒(méi)有去定義中繼。另外，對(duì)于載波通信最核心的安全問(wèn)題、路由問(wèn)題，組網(wǎng)問(wèn)題，在645里都是無(wú)法解決的。相對(duì)于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集而言，建設(shè)部相關(guān)的工作似乎走到了前面，于2006年直接引入ANSI709.1/ANSI709.2做為控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō)直接將LONTALK協(xié)議形成了GB/Z201777.1/.2/.3/.4LONTALK是儀器儀表的TCP/IP，規(guī)定了儀表數(shù)據(jù)傳輸?shù)?到7層，追求的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠傳輸，并