電力線載波雙向傳輸模塊研究

1、 電力線載波雙向傳輸模塊研究一、文獻(xiàn)綜述1.本課題研究的目的和意義電力線載波(Power Line Carrier PLC通信是利用高壓電力線(在電力載波領(lǐng)域通常指35kV及以上電壓等級(jí)、中壓電力線(指10kV電壓等級(jí)或低壓配電線(380/220V用戶線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。近年來(lái),高壓電力線載波技術(shù)突破了僅限于單片機(jī)應(yīng)用的限制,已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。并且隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展和社會(huì)的需要,中/低壓電力載波通信的技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用亦出現(xiàn)了方興未艾的局面。電力線上網(wǎng)充分利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,無(wú)需任何布線,是一種“N o NewWires”技術(shù)?？梢怨?jié)省了巨

2、大的新增投資。目前,我國(guó)擁有全世界長(zhǎng)度排名第二的電力輸電線路,全國(guó)500kV和330kV的電力線路長(zhǎng)達(dá)25094.16Km,220 Kv線路107348.06Km,加上110Kv線路共計(jì)310000Km,可繞地球近8圈。我國(guó)目前電話用戶不到3億,但用電用戶已超過(guò)10億,顯然這連接10億用戶的既存電力線是提供上網(wǎng)服務(wù)的巨大物質(zhì)基礎(chǔ),直接在覆蓋全國(guó)的電力網(wǎng)絡(luò)上架構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)連接將比現(xiàn)在鋪設(shè)光纖的方式節(jié)省大量的人力和物力。因此,隨著用戶的增長(zhǎng),局端設(shè)備可以隨時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)增加。這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)就意味著,他可以不必在設(shè)備采購(gòu)初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網(wǎng)絡(luò)接入“最后一公里”最具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案之稱。利

3、用電力上網(wǎng)全天候在線的特點(diǎn),可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”!更可以在智能家用電器控制、數(shù)字化社區(qū)服務(wù)、小區(qū)安防等領(lǐng)域大顯身手。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電力線通信技術(shù)出現(xiàn)于本世紀(jì)二十年代初期。應(yīng)用電力線傳輸信號(hào)的實(shí)例最早是電力線電話,它的應(yīng)用范圍是在同一個(gè)變壓器的供電線路以內(nèi),將電信號(hào)從電力線上濾下來(lái)。1991年美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)確認(rèn)了三種家庭總線,電力線是其中一種。1997年10月,Northern Telecom公司宣布進(jìn)行數(shù)字電線技術(shù)的開(kāi)發(fā),這項(xiàng)技術(shù)將使電力公司能夠在電力線上以1Mbps的速度傳送數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)。去年西門子的PLC技術(shù)將電力線總線的家庭擴(kuò)大到小區(qū)的電信接入網(wǎng)

4、端口,而且能以1Mbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。進(jìn)展在今年加快。由思科、英特爾、惠普、松下和夏普等13家公司已于今年4月成立“家庭插電聯(lián)盟”(HomePlug Powerline Alliance,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)。今年底前,正式的“電線”標(biāo)準(zhǔn)可望定案,而第一批使用此技術(shù)的產(chǎn)品可望在年內(nèi)推出。歐洲也不示弱。在今年德國(guó)漢諾威信息技術(shù)大展上,德國(guó)電力工業(yè)巨頭RWE 電力公司推出了名叫電力網(wǎng)的新技術(shù),這種新的傳輸技術(shù)將能通過(guò)電源線路傳輸各種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào),從而大大推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的普及。用戶只需花上幾分鐘時(shí)間,把特制的調(diào)制解調(diào)器與普通的電線插口相接,就可以上網(wǎng)瀏覽,速度也可達(dá)到每秒2兆比特

5、的寬帶標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)聯(lián)邦議院議會(huì)上院新近通過(guò)一項(xiàng)議案,批準(zhǔn)使用能使互聯(lián)網(wǎng)信息通過(guò)電力線和墻上電源插座傳輸?shù)募夹g(shù)。日本將在2001年內(nèi)制定出連接裝置的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。日本九州電力公司和東京電力公司與三菱電機(jī)、富士通、松下電器等合作,開(kāi)發(fā)通過(guò)電力線路傳送和接收?qǐng)D像的技術(shù),并定于2001年內(nèi)推出實(shí)用產(chǎn)品。在我國(guó),四十年代已有日本生產(chǎn)的載波機(jī)在東北運(yùn)行,做為長(zhǎng)距離調(diào)度的通信手段。從1999年起,我國(guó)電科院就開(kāi)始對(duì)高速PLC進(jìn)行研究,并在2001年8月,在沈陽(yáng)建立了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。又從2001年12月起,國(guó)電通信中心開(kāi)始組織國(guó)內(nèi)外廠商在北京居民區(qū)開(kāi)展PLC應(yīng)用試驗(yàn),這些公司包括韓國(guó)的Xeline(1 4Mb/s系

6、統(tǒng)、瑞士ASCOM公司(4.5Mb/s系統(tǒng)、美國(guó)Leap公司(14Mb/s、西班牙的DS2公司.福建電力試驗(yàn)研究院(10Mb/s系統(tǒng),以及電科院(14Mb/s 系統(tǒng)等。最近,我國(guó)福建省電力試驗(yàn)研究院研制成功“數(shù)字化輸電線路技術(shù)“的核心產(chǎn)品電力調(diào)制解調(diào)器及多個(gè)相關(guān)產(chǎn)品,其傳輸速率達(dá)到10M。同時(shí)國(guó)電通信中心采用國(guó)內(nèi)外電力線通信(PLC組網(wǎng)設(shè)備,在北京某生活小區(qū)成功地進(jìn)行了lnternet接人試驗(yàn),并獲得了較理想效果。隨著研究的深入,PLC也向更高速率發(fā)展。例如將速率提高到100Mb/s,甚至200 Mb/s。屆時(shí),高速PLC將為寬帶接入通信作出更大貢獻(xiàn).3.研究?jī)?nèi)容本課題是針對(duì)電力線載波雙向傳輸

7、模塊及數(shù)據(jù)傳輸特性的研究,結(jié)合電路設(shè)計(jì),電力線調(diào)制解調(diào)器芯片,振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)、耦合電路,protel軟件,單片機(jī)系統(tǒng)知識(shí),計(jì)算機(jī)仿真分析等相關(guān)知識(shí)。1、電力線調(diào)制解調(diào)器芯片的簡(jiǎn)介:a、ST7536 一種半雙工同步調(diào)頻調(diào)制解調(diào)器,可在電力線上以600bps或12 00bps的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸符合歐洲CENELECEN50065 1和ENELDH028/29標(biāo)準(zhǔn)以及USFCC規(guī)定。ST7536使用了調(diào)頻技術(shù)(FSK,可在非常噪雜的電力線傳輸環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了低成本的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。b、ST7537:一種半雙工異步調(diào)頻調(diào)制解調(diào)器。使用了調(diào)頻技術(shù)(FSK,雖然在這種傳輸環(huán)境中,使用調(diào)幅技術(shù)更為

8、可靠,但是由于調(diào)幅技術(shù)產(chǎn)生噪聲,并且頻譜很寬,實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常復(fù)雜,因而成本大大增加。2、protel軟件:用以產(chǎn)生各種用途的高質(zhì)量電路原理圖,在這里主要是用與硬件原理圖和印刷電路板圖的繪制和研究。使用protel軟件繪出所設(shè)計(jì)的電路原理圖和印刷電路板圖。3、計(jì)算機(jī)仿真分析:仿真就是用不同的物理裝置或者數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),全部或者部分地模仿所設(shè)計(jì)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),使模仿的系統(tǒng)能夠像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù),執(zhí)行同樣的程序,完成類似的動(dòng)作,獲得同樣的結(jié)果。在這里主要是對(duì)用電阻和電容組成的模擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真分析,以研究機(jī)構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合,為實(shí)際的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造提供準(zhǔn)確信息。在本課題中主要

9、是用MATLAB進(jìn)行仿真。4、單片機(jī)系統(tǒng):電力線載波雙向收發(fā)模塊電路組成最小單片機(jī)系統(tǒng)。二、技術(shù)路線在發(fā)送時(shí),利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,把載有信息的高頻加載于電流,然后在電力線上進(jìn)行傳輸;在接收端,先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)取出,再經(jīng)過(guò)解調(diào),就可得到原通信信號(hào), 并傳送到計(jì)算機(jī)或電話,以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。PLC 設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器,局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí),來(lái)自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后,通過(guò)用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備,局端將信號(hào)解調(diào)出來(lái),再轉(zhuǎn)到外部的Internet。具體的電力線載波雙向傳輸模塊的設(shè)計(jì)思想:由調(diào)制器、振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)

10、、耦合電路和解調(diào)器等部分組成的傳輸模塊,其中振蕩器是為調(diào)制器提供一個(gè)載波信號(hào)。在發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí),待發(fā)信號(hào)從TXD端發(fā)出后,經(jīng)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制,然后將已調(diào)信號(hào)送到功放級(jí)進(jìn)行放大,再經(jīng)過(guò) T/R轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)和耦合電路把已調(diào)信號(hào)加載到電力線上。接收數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)射模塊發(fā)送出的已調(diào)信號(hào)通過(guò)耦合電路和T/R 轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)進(jìn)入解調(diào)器,經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后提取原始信號(hào),并將原始信號(hào)從RXD 端送到下一級(jí)的數(shù)字設(shè)備中。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文進(jìn)度安排一調(diào)研:(4周根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的要求查閱有關(guān)資料;資料來(lái)源:1.科技期刊論文(中文全國(guó)學(xué)位論文集(中文;2. 美國(guó)工程索引(英文;3. 教科書(shū)、技術(shù)手冊(cè)機(jī)及其它相關(guān)書(shū)籍和資料。二材料綜合(1周1 閱讀科技期刊論文或?qū)W位論文,精讀45篇,泛讀10篇以上;2 寫(xiě)出綜述:內(nèi)容包括課題的目的和意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究?jī)?nèi)容;3 寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告:內(nèi)容包括文獻(xiàn)綜述、技術(shù)路線、進(jìn)度安排和預(yù)期結(jié)果;三畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容(5周1 設(shè)計(jì)方案的確定2 方案中的各部分的設(shè)計(jì)。四畢業(yè)設(shè)計(jì)的整理(1.5周五