采用低压电力线载波通信技术实现能源管理

赵 欣（天津市电力公司城南供电公司，天津 300061）

赵新政（陕西凯兴电子科技有限责任公司，陕西 710000）肖和平（天津市高校供热工程公司，天津 300042）

引言

电力线载波 （Power Line Carrier）通信是利用高、中、低压电力线作为信息媒介进行数据传输的一种通信方式。

目前，由于高、中压电力线网络的专一性，在其基础上的数据通信国内外已基本成熟。本文主要介绍陕西凯星电子科技有限责任公司在低压电力载波通信领域的技术成果与应用。

陕西凯星电子科技有限责任公司通过不懈努力的研究和开发，独创了“多频段自适应直接序列展频技术 （英文为：Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，彻底解决了国内外众多研发机构至今尚未解决的低压电力载波通信传输的 “实时准确性”和“超强抗干扰性”两大世界技术难题。并已将其成功应用于水、电、气、热四大能源的“信息化管理和节能降耗”领域，同时，该技术还可拓展应用于工控、消防、瓦斯监测、温度调控、安全防范、保护电力设施以及家庭自动化等更多更新的领域。

电力线载波通信的关键性技术是解决低压电力线干扰的繁杂和不确定性，以及电力线负载变化导致的电力线负荷阻抗的易变性，从设计上确保系统能自动调节适应阻抗变化的范围，使接收适配器自动承受线路阻抗衰减变化的影响，我们充分吸收和参考国内外众多别人前车之鉴所积淀的经验和教训，视实时性、准确性、可靠性为系统的核心生命，创新和突破了进入信息时代对人类贡献最大的三大高通信技术（即：光纤通信、卫星通信、扩频通信）中的扩频通信技术，并在扩频通信的基础上独创了“多频段自适应直接序列展频技术（Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，并将独创的尖端技术设计生产出KS5001载波通信芯片，再将该芯片与外围电路二次集成设计生产出KS5021、KS5041电力线载波专用通信模块，彻底解决了国内外众多研发机构上世纪八十年代至今耗资上百亿都无法解决的低压电力线载波信号传输的“实时准确性”和“超强抗干扰性”两大世界技术难题，实现了抄读成功率100%、数据准确率100%、通断控制率100%，从而使国际公认的最经济、最实用、最先进的“低压电力线载波通信技术”能够真正的实际应用。

多频段自适应直接序列展频技术 （Auto-adapt Multi Frequency DSSS）跟通常的跳、扩频通信技术有着本质上的区别，要区别它们首先要对扩频通信技术有一些简单的了解：

1.扩频技术（Spread Spectrum），也即展频技术。是为了提高通信数据的可靠性和抗干扰能力，把通讯的频谱或频道进行扩展，以保证传输数据在恶劣传输环境中的可靠性和稳定性。扩频技术主要又分为：「跳频技术」及「直接序列」两种方式。

跳频技术：也称跳频扩展频谱，英文为：Frequency Hopping Spread Spectrum，缩写为：FHSS,是在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔 (Dwell Time)为400ms。跳频技术实质上是在信号传输的过程中，传输频率在时域上必须不断的变化，而且频率变化的频点至少在75个以上。

直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)：是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips，一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰，而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。

凯星“多频段自适应直接序列展频通信技术”：凯星公司创新和突破了的跳、扩频通信技术，从原理上也称 “多频段自适应直接序列展频通信技术（Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，其实质上是直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum；DSSS)的一种扩展，即在直接序列展频技术（DSSS）的基础上增加多个可选择的通信频段，在检测到某一频段的同频干扰较大或传输的稳定性和可靠性较差时，可自适应的选择到其它传输较稳定和可靠的频段，其频点并非象跳频技术一样在定时变化，彻底解决了信号在传输过程中遇到各种白噪声和定频干扰问题。

扩频通信工作原理：扩频通信工作原理见下图，在发送端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息解调、恢复成原始信息输出。

抗干扰：

对于各种形式人为的(如电子对抗中)干扰或其他窄带或宽带(扩频)系统的干扰，只要波形、时间和码元稍有差异，解扩后仍然保持其宽带性，而有用信号将被压缩，如下图。

扩频系统抗宽带干扰能力示意图

对于脉冲干扰，带宽将被展宽到B，而有用信号恢复(压缩)后，保证高于干扰，如下图。

扩频系统抗脉冲干扰能力示意图

行业应用

该技术已经实现了在“水、电、气、热”四大行业中对能源进行计量、收费、控制等自动化、网络化、智能化、人性化的管理，推动了我国网络信息化建设的飞速发展；同时系统产品在节能降耗方面填补了通过载波技术手段和科学有效的管理方法全面实现“水、电、气、热”四大能源的高效节能管理和科学调配管理领域的空白，提升了国际通用能效管理3EM理论中：人、组织/管理层面的节能效率，加快了现代化节约型和谐社会的进程，对行业及相关行业领域必将产生极其深远的影响。