基于扩频技术的电力线载波远程抄表的应用研究

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1、哈尔滨工程大学 硕士学位论文 基于扩频技术的电力线载波远程抄表的应用研究 姓名：董行健 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：杨翠娥 20030201 摘要 近年来随着通信技术的发鼹，人嚣l 农电力线载波遴傣方羲馋了大量躲研 究工作。电力供电网络四通八遮，低压电力线逢接干家万户，构成最普及的 网络。利用它进行数据遥信，传递各种傣息，不占用无线频道资源，办无需 铺设专用通讯线路，省工、省钱、维护简单、有着广阔的前景。本文运用电力 线载波技术设计了一种远程抄表系统。 低蕊电力线的信道狠恶劣，本文在分析了低压电力绒载波倍号的衰减特 性、干扰特性和输入阻抗特性基础上，对三釉通傣方式：窄带

2、通信，扩频通信及 O F D M 在电力线上传输的优缺点进行了眈较，在数据传输率要求徽高 时，O F D M 较有优势，而在低速率时扩频技术更为逑合。本文应用扩频芯片设计 了一种邋程抄表系统，它采用直接序列扩展频谱通信技米，以低聪电力线作为 媒介进行通信。该系统主要包括采集器和集中器油外围电路完成电量的采集 和存储，由扩频芯片对僖母迸行调制帮解调，通遵电力线的传输，实现对电麓的 抄送，通过V i s u a l B a s i c 设计的通信界面实现对系统的控制。 本文对电力线主静窄带干挠静抑制避行了探讨，对颓域自邋应算法避行 了研究，通过对仿真结果的分析证明了该算法对窄带干扰抑制具有较好的性

3、 缱。 筵缝遘：电力线簸波；扩颓遥黎；远程抄表；籁域自适疲算法 A B S T R A C T R e c e n t l y , w i t h t h ei m p r o v e m e n to f t e c h o o l o g yo f c o m m u n i c a t i o n ，p e o p l e d o m a n y r e s e a r c h0 nP o w e rL i n eC a r r i e ro P o w e rl i n ec o m p o s e dt h em o s tc o m m o n n e tb e c a u s e

4、i tc o n n e c t se v e r yh o m ea n df a m i l y 。P e o p l en e e dn o tt ob u i l do t h e r c o m m u n i c a t i o nc h a n n e la n dp r o v i d es p e c i a lr a d i of r e q u e n c yf o ri tw h e nu s i n g p o w e r l i n et ot r a n s f e rd a t aa n di n f o r m a t i o n 。C o m p a r e

5、 dw i t ho t h e rc o m m u n i c a t i o n c h a n n e l p o w e rl i n ec a r r i e rh a sb r o a d e rf u t u r eb e c a u s ei tc o s tl e s sm o n e y a n dl e S S w o r k i n g a n dC a nb e r e p a i r e de a s i l y aA r e m o t er e c o r ds y s t e mi sd e s i g n e db a s e do n p o w e r

6、 l i n ec a r r i e rc o m m u n i c a t i o n 。 P o w e rl i n em e d i u mi Sn o ts u i t a b l ef o rc o m m u n i c a t i o n 。C h a r a c t e r i s t i c so f p o w e r l i n em e d i u mi sf i r s ta n a l y z e di nt h i sp a p e r 。H a v i n gr e s e a r c h e dO ns i g n a l t r a n s m i s

7、 s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fl o wv o l t a g ep o w e rl i n e ( a t t e n u a t i o n , d i s t u r b a n c e ， a n di n p u ti m p e d a n c e ) ，t h i sp a p e re o m p a r et h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo f p o w e rl i n ec a r r i e rc o m m u n i c a t i o nt e

8、 c h n o l o g yu s i n gt h r e ew a y s ：n a l T O Wb a n d c o m m u n i c a t i o n 、S p r e a dS p e c t r u ma n dO F D M 。I t i sf o u n dt h a tO F D Mi sm o r e b e t t e ri f t h ed a t at r a n s f e r r i n gr o t ei sh i 曲，a n dS p r e a dS p e c t r u mi sm o r es u i t a b l ei f t h

9、ed a t ar a t ei ss l o w 。Ar e m o t er e c o r ds y s t e mi sd e s i g n e du s i n gi n t e g r a t e dc i r c u i t b a s e do nD i r e c tS e q u e n c eS p r e a dS p e c t r u mC a r r i e rC o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a n dc a nt r a n s f e rd a t af r o mt h es e n d e rt

10、ot h er e c e i v e rv i al o w v o l t a g ep o w e r l i n e n l es y s t e mi n c l u d e c o l l e c t i n ga n dg a t h e r i n gp a r t P o w e re n e r g y i sc o l l e c t e da n d s t o r e db yo u t e rc i r c u i t ，m o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o ni sf i n i s h e db y S p

11、r e a d S p e c t r u mi n t e g r a t e dc i r c u i t 。霹l ew h o l es y s t e mi sc o n t r o l e db yt h ew i n d o ww h i c h i sd e s i g n e db ys o f t w a r eV i s u a lB a s i c 。 R e s t r a i n i n gt e c h n o l o g yo f n a r r o w - b a n d i n t e r f a c eO nt h ep o w e rl i n ei ss

12、 m d i e d i nt h i sp a p e r 。S p e c t r u md o m a i n a d a p t i v ef i l t e r i n ga l g o r i t h mi sr e s e a r c h e d 。T h c s i m u l a t i o nr e s u l t p r o v e d t h a tt h e a l g o r i t h m i su s e f u li nt h e s u p p r e s s i o n o f n a r r o w - b a n di n t e r f e r e

13、n c e 。 K e y w o r d s ：P o w e r l i n e c a r r i e r ；R e m o t e r e c o r d s y s t e m ；S p r e a d - S p e c t r u m ； S p e c t r u md o m a i na d a p t i v ef i l t e r i n g 堕玺鎏三理盔堂堡主堂焦迨塞 第1 章绪论 1 1 论文的目的和意义 随着电力系统的发展，电力供电网络越来越完善，覆盖面积越来越大，如何 充分利用宝贵的供电网络资源，实现在电力供电线路上可靠的信息传输，正逐步 引起业界的广泛关注和

14、研究。 由于电力线无处不在，与其它三网( 通信网、有线网、计算机网) 相比，其 潜在的竞争力是不言而喻的，电力线数据通信以其组网经济、快速、方便等一系 列独特的特点，在很多方面具有十分广泛的应用。 1 ) 计算机联网及i n t e r n e t 接入 计算机的联网工程中经常需要铺设很多对电缆，这样做既影响建筑的结构和 美观，又很繁琐和花费时间，特别是在某些大楼内原先未铺设电缆时，重新布线 有时显得非常困难。如果利用现有的电力线媒介，能够做到既快捷又经济地组建 网络。 2 ) 小区安全监控系统 采用带有电力线接口的防火防盗控制器来组建区域监控网络，只要利用现成 的2 2 0 ，3 8 0 v

15、 供电线路就可以完成，即省时省力又经济，并提高了系统的可靠性和安 全性。 3 ) 智能自动抄表 随着电力业对管理的要求越来越高，特别是为更经济的利用电力能源，将会 实现电价的分时计费，这样对电费实时计费提出更高要求。自动抄表系统是从逐 户查表、收费向自动化科学用电管理发展的一个方面，它不但能提高工作效率及 电量计量的准确性，还能提供对用户的监视及管理功能。由于用电用户范围非常 大，各地的具体情况也不完全相同，而对抄表系统最为有效、直接的传输通道就 是电力线本身。利用电力线通信技术可以实现对每个智能电表的实时查询和主动 读取功能。 4 1 家庭智能网络管理系统 互联网已将整个世界连成一个整体，人

16、们在家里就可在互联网上获取各种信 哈尔滨工程大学硕士学位论文 息，实现网上购物、结算、通信和远程教育等。与此同时，家庭内部网络也正在 悄然兴起，通过组建这种家庭中的局域网，可将各种家电设备连入网络，实现信 息交换及控制。利用现有的电力线路，在家庭内部可建立非常方便的互联网络， 在需要纳入家庭网络的家电、计算机等设备上集成电力线通信模块，就可提供非 常便利和灵活的通信方式。 然而，利用电力线高速、可靠地传输信息，还有很多复杂的技术问题需要研 究和解决。我国在低压电力线通信方面起步较晚，与国外相比，有很大的差距， 因此继续深入研究低压电力线通信，有很高的商业价值，具有深刻的理论意义和 使用价值。 1 2 低压电力线通信的特点 在此之前，利用l O k v 及以上中、高压电力线作为信道传输通道的电力线载波 通信已经获得广泛应用，但在2 2 0 v 3 8 0 v 低压电力线上进行信号传输，与高压电力 线载波通信有较大区别，突出表现在低压电力线信道十分恶劣：信号衰减强、干 扰大且时变性大、线路阻抗变化大。 1 ) 对高频信号而言，低压电力线是一根非均匀分布的