國內(nèi)電力載波通信芯片技術(shù)及市場

表1 各種通信方式對比

　　電力線載波通信技術(shù)發(fā)展成熟，完全可以勝任未來智能電網(wǎng)通信的需要。電力線載波技術(shù)早在上世紀二十年代就已在歐美實現(xiàn)，目前已成為通信標準，推廣條件成熟。美國的Echelon 公司創(chuàng)立的LonWorks 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)中的LonTalk 通信協(xié)議，以及基于PLT－22 電力線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信號傳輸方式被FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）確定為北美PLC 通信標準；歐洲意法半導(dǎo)體公司的PLC 通信技術(shù)被CENELEC（歐洲電工標準化委員會）確定為歐洲PLC 通信標準。電力線載波技術(shù)通過發(fā)展選頻、中繼、擴頻和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)基本上克服了電力線傳輸中存在的高衰落、高干擾問題。選頻可盡量避免選擇性衰落；中繼則解決了電力線傳輸損耗較大的問題；擴頻和自適應(yīng)調(diào)制提高了平均信噪比，減小了信號誤碼率。國家電網(wǎng)的智能電表招標情況來看，載波表成為主流，由此也驗證了電力線載波技術(shù)將是智能電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。

　　2、物聯(lián)網(wǎng)市場需求

　　物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為電力線載波芯片提供容量巨大的新興市場，目前物聯(lián)網(wǎng)處于加速啟動建設(shè)階段，對電力線載波芯片的需求將保持較高的增速。

　　物聯(lián)網(wǎng)是個萬億級產(chǎn)業(yè)，帶來電力線網(wǎng)的應(yīng)用革命。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是我國今后信息化建設(shè)的重心，含蓋了工業(yè)生產(chǎn)、公共服務(wù)、社會管理、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、家居服務(wù)、軍事航天等眾多領(lǐng)域應(yīng)用，預(yù)計到2020 年將形成一個萬億級產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息互聯(lián)，因此物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)必將為包括電力線網(wǎng)在內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的應(yīng)用市場（見圖3）。

圖3 電力線載波芯片在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

　　加快建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)必將改造現(xiàn)有電力網(wǎng)，電力線載波芯片需求將急升。2009年8月****總理提出“感知中國”，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)步伐明顯加快，利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)成為政府和企業(yè)的首選。電力線作為規(guī)模最大、終端最多、布線最方便的線路系統(tǒng)，只要通過電力線載波芯片改造為通信網(wǎng)絡(luò)，便能為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供覆蓋最廣、成本最低的通信網(wǎng)絡(luò)，不僅帶來社會效益，也為電力公司帶來巨大的增值服務(wù)空間。

　　三、電力線通信需要強大載波芯片

　　電力線是給用電設(shè)備傳送電能，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，所以電力線對數(shù)據(jù)傳輸有許多限制：

　　首先，配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送。其次，三相電力線間有很大信號損失(10dB-30dB)，一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸。第三，不同信號耦合方式使電力載波信號的損失不同，耦合方式有線-地耦合，線-中線耦合。線-地耦合方式與線-中線耦合方式相比，電力載波信號少損失十幾分貝，但線-地耦合方式不是所有地區(qū)的電力系統(tǒng)都適用。第四，電力線自身的脈沖干擾，加大了應(yīng)用難度。第五，電力線對載波信號有高削減。當電力線上負荷很重時，線路阻抗可達1歐姆以下，造成對載波信號的高削減。實踐中，當電力線空載時，點對點載波信號可傳輸?shù)綆坠镆酝?，但當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。因此，需要進一步提高載波信號功率來滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，但提高載波信號功率會增加產(chǎn)品的成本和體積，而且，單一提高載波信號功率往往并不是最有效的方法。第六，電力線上有高噪聲。電力線上接有各種各樣的用電設(shè)備，阻性的、感性的、容性的；有大功率的、小功率的。各種用電設(shè)備經(jīng)常頻繁開閉，就會給電力線上帶來各種噪聲干擾，而且幅度比較大。用耦合電感
電感

　　能產(chǎn)生電感作用的元件統(tǒng)稱為電感原件，常常直接簡稱為電感。電感器在電子制作中雖然使用得不是很多，但它們在電路中同樣重要。我們認為電感器和電容器一樣，也是一種儲能元件，它能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，并在磁場中儲存能量?[全文]

從電力線上耦合下來的噪聲一般就在10mV以上，而一般傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號會削減到1mV，如不采用電力線專用modem芯片來解調(diào)數(shù)據(jù)信號，通信距離會相當短。第七，電力線可使數(shù)據(jù)信號變形。電力線是一個分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，不同點對數(shù)據(jù)信號影響不一樣，同時電力線是時刻動態(tài)變化的，不同時間對數(shù)據(jù)信號影響也不一樣，這就使發(fā)出的規(guī)則數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過電力線后，發(fā)生嚴重變形，必須加以特殊處理。

　　電力線造成傳輸信號的高削減和高變形，使電力線成為一個不太理想的通信媒介，但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，使電力線載波通信成為可能，其中數(shù)據(jù)信號的信噪比決定傳輸距離的遠近。電力線載波通信的關(guān)鍵就是設(shè)計出一個功能強大的電力線載波專用modem芯片。

　　四、國內(nèi)現(xiàn)有電力載波通信芯片技術(shù)特點

　　中國的電*性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及居民住宅分布狀況使電力線載波通信在應(yīng)用方面與國外有一些不同之處。近年來，不少國內(nèi)公司也推出了自己的電力線載波通信芯片，取得了一些可喜的突破。現(xiàn)有的電力波通信芯片的技術(shù)特點可以從調(diào)制方式、傳輸速率、通信頻率、通信功率、EMI標準、芯片技術(shù)等方面進行探討。國內(nèi)載波通信芯片參數(shù)見表2。