采用低壓電力線載波通信技術實現能源管理

趙 欣（天津市電力公司城南供電公司，天津 300061）

趙新政（陜西凱興電子科技有限責任公司，陜西 710000）肖和平（天津市高校供熱工程公司，天津 300042）

引言

電力線載波 （Power Line Carrier）通信是利用高、中、低壓電力線作為信息媒介進行數據傳輸的一種通信方式。

目前，由于高、中壓電力線網絡的專一性，在其基礎上的數據通信國內外已基本成熟。本文主要介紹陜西凱星電子科技有限責任公司在低壓電力載波通信領域的技術成果與應用。

陜西凱星電子科技有限責任公司通過不懈努力的研究和開發，獨創了“多頻段自適應直接序列展頻技術 （英文為：Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，徹底解決了國內外眾多研發機構至今尚未解決的低壓電力載波通信傳輸的 “實時準確性”和“超強抗干擾性”兩大世界技術難題。并已將其成功應用于水、電、氣、熱四大能源的“信息化管理和節能降耗”領域，同時，該技術還可拓展應用于工控、消防、瓦斯監測、溫度調控、安全防范、保護電力設施以及家庭自動化等更多更新的領域。

電力線載波通信的關鍵性技術是解決低壓電力線干擾的繁雜和不確定性，以及電力線負載變化導致的電力線負荷阻抗的易變性，從設計上確保系統能自動調節適應阻抗變化的范圍，使接收適配器自動承受線路阻抗衰減變化的影響，我們充分吸收和參考國內外眾多別人前車之鑒所積淀的經驗和教訓，視實時性、準確性、可靠性為系統的核心生命，創新和突破了進入信息時代對人類貢獻最大的三大高通信技術（即：光纖通信、衛星通信、擴頻通信）中的擴頻通信技術，并在擴頻通信的基礎上獨創了“多頻段自適應直接序列展頻技術（Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，并將獨創的尖端技術設計生產出KS5001載波通信芯片，再將該芯片與外圍電路二次集成設計生產出KS5021、KS5041電力線載波專用通信模塊，徹底解決了國內外眾多研發機構上世紀八十年代至今耗資上百億都無法解決的低壓電力線載波信號傳輸的“實時準確性”和“超強抗干擾性”兩大世界技術難題，實現了抄讀成功率100%、數據準確率100%、通斷控制率100%，從而使國際公認的最經濟、最實用、最先進的“低壓電力線載波通信技術”能夠真正的實際應用。

多頻段自適應直接序列展頻技術 （Auto-adapt Multi Frequency DSSS）跟通常的跳、擴頻通信技術有著本質上的區別，要區別它們首先要對擴頻通信技術有一些簡單的了解：

1.擴頻技術（Spread Spectrum），也即展頻技術。是為了提高通信數據的可靠性和抗干擾能力，把通訊的頻譜或頻道進行擴展，以保證傳輸數據在惡劣傳輸環境中的可靠性和穩定性。擴頻技術主要又分為：「跳頻技術」及「直接序列」兩種方式。

跳頻技術：也稱跳頻擴展頻譜，英文為：Frequency Hopping Spread Spectrum，縮寫為：FHSS,是在同步、且同時的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對于一個非特定的接受器，FHSS所產生的跳動訊號對它而言只算是脈沖噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設計來規避噪聲或One-to-Many的非重復的頻道，并且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求，使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔 (Dwell Time)為400ms。跳頻技術實質上是在信號傳輸的過程中，傳輸頻率在時域上必須不斷的變化，而且頻率變化的頻點至少在75個以上。

直接序列展頻技術 (Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)：是將原來的訊號「1」或「0」，利用10個以上的chips來代表「1」或「0」位，使得原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率。而每個bit使用多少個chips稱做Spreading chips，一個較高的Spreading chips可以增加抗噪聲干擾，而一個較低Spreading Ration可以增加用戶的使用人數。

凱星“多頻段自適應直接序列展頻通信技術”：凱星公司創新和突破了的跳、擴頻通信技術，從原理上也稱 “多頻段自適應直接序列展頻通信技術（Auto-adapt Multi Frequency DSSS）”，其實質上是直接序列展頻技術 (Direct Sequence Spread Spectrum；DSSS)的一種擴展，即在直接序列展頻技術（DSSS）的基礎上增加多個可選擇的通信頻段，在檢測到某一頻段的同頻干擾較大或傳輸的穩定性和可靠性較差時，可自適應的選擇到其它傳輸較穩定和可靠的頻段，其頻點并非象跳頻技術一樣在定時變化，徹底解決了信號在傳輸過程中遇到各種白噪聲和定頻干擾問題。

擴頻通信工作原理：擴頻通信工作原理見下圖，在發送端輸入的信息先經信息調制形成數字信號，然后由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜。展寬后的信號再調制到射頻發送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產生的與發端相同的擴頻碼序列去相關解擴。再經信息解調、恢復成原始信息輸出。

抗干擾：

對于各種形式人為的(如電子對抗中)干擾或其他窄帶或寬帶(擴頻)系統的干擾，只要波形、時間和碼元稍有差異，解擴后仍然保持其寬帶性，而有用信號將被壓縮，如下圖。

擴頻系統抗寬帶干擾能力示意圖

對于脈沖干擾，帶寬將被展寬到B，而有用信號恢復(壓縮)后，保證高于干擾，如下圖。

擴頻系統抗脈沖干擾能力示意圖

行業應用

該技術已經實現了在“水、電、氣、熱”四大行業中對能源進行計量、收費、控制等自動化、網絡化、智能化、人性化的管理，推動了我國網絡信息化建設的飛速發展；同時系統產品在節能降耗方面填補了通過載波技術手段和科學有效的管理方法全面實現“水、電、氣、熱”四大能源的高效節能管理和科學調配管理領域的空白，提升了國際通用能效管理3EM理論中：人、組織/管理層面的節能效率，加快了現代化節約型和諧社會的進程，對行業及相關行業領域必將產生極其深遠的影響。