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(duì)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(jì)二十年代就已在歐美實(shí)現(xiàn)，目前已成為通信標(biāo)準(zhǔn)，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(hào)傳輸方式被FCC（美國聯(lián)邦通信委員會(huì)）確定為北美PLC 通信標(biāo)準(zhǔn)；歐洲意法半導(dǎo)體公司的PLC 通信技術(shù)被CENELEC（歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）確定為歐洲PLC 通信標(biāo)準(zhǔn)。電力線載波技術(shù)通過發(fā)展選頻、中繼、擴(kuò)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(kuò)頻和自適應(yīng)調(diào)制提高了平均信噪比，減小了信號(hào)誤碼率。國家電網(wǎng)的智能電表招標(biāo)情況來看，載波表成為主流，由此也驗(yàn)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(dòng)建設(shè)階段，對(duì)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(gè)萬億級(jí)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(huì)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(jì)到2020 年將形成一個(gè)萬億級(jí)產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(huì)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(qiáng)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(duì)數(shù)據(jù)傳輸有許多限制：

　　首先，配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)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(hào)損失(10dB-30dB)，一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸。第三，不同信號(hào)耦合方式使電力載波信號(hào)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(hào)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(duì)載波信號(hào)有高削減。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，線路阻抗可達(dá)1歐姆以下，造成對(duì)載波信號(hào)的高削減。實(shí)踐中，當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆坠镆酝猓?dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米。因此，需要進(jìn)一步提高載波信號(hào)功率來滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，但提高載波信號(hào)功率會(huì)增加產(chǎn)品的成本和體積，而且，單一提高載波信號(hào)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(huì)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(rèn)為電感器和電容器一樣，也是一種儲(chǔ)能元件，它能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，并在磁場中?chǔ)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(hào)會(huì)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(hào)，通信距離會(huì)相當(dāng)短。第七，電力線可使數(shù)據(jù)信號(hào)變形。電力線是一個(gè)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，不同點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響不一樣，同時(shí)電力線是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變化的，不同時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響也不一樣，這就使發(fā)出的規(guī)則數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過電力線后，發(fā)生嚴(yán)重變形，必須加以特殊處理。

　　電力線造成傳輸信號(hào)的高削減和高變形，使電力線成為一個(gè)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(hào)的信噪比決定傳輸距離的遠(yuǎn)近。電力線載波通信的關(guān)鍵就是設(shè)計(jì)出一個(gè)功能強(qiáng)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(diǎn)

　　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?，F(xiàn)有的電力波通信芯片的技術(shù)特點(diǎn)可以從調(diào)制方式、傳輸速率、通信頻率、通信功率、EMI標(biāo)準(zhǔn)、芯片技術(shù)等方面進(jìn)行探討。國內(nèi)載波通信芯片參數(shù)見表2。