基于OFDM調(diào)制技術(shù)的配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)研究

　　配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)可采用的通信有光纖、配電載電(DLC：Distribution Line Carrier)、無(wú)線、有線等多種方式。10kV配電線路從變電所出發(fā)可以延伸到線路上的任一測(cè)、控點(diǎn)，所以DLC是最經(jīng)濟(jì)、可靠的通信方式之一，是配電自動(dòng)化的首選通信方式。

　　配電線載波通信（DLC）不同于電力系統(tǒng)原有的高壓系統(tǒng)輸電線載波通信(PLC：Power Line Carrier)方式。PLC一般是兩點(diǎn)之間通過(guò)阻波器和結(jié)合濾波器上送和下載高頻信號(hào)，傳輸目標(biāo)明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而DLC則是一對(duì)多的通信方式，不設(shè)阻波器，通信信號(hào)在10kV及380kV配電網(wǎng)中傳輸，其上裝設(shè)的任何一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都可以作為信號(hào)源和接收器，而變壓器（配變和變電站變壓器）則是信號(hào)的天然壁壘。配電線信道具有高噪聲、阻抗變化范圍大、損耗大等特性，所以以配電網(wǎng)電力線作為通信媒介比高壓輸電線困難得多，利用配電線載波通信需要解決一系列相關(guān)問(wèn)題。

　　正交頻分復(fù)用(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種高效調(diào)制技術(shù)，應(yīng)用于電力線高速數(shù)字通信，具有以下優(yōu)越性：

　?、蓬l帶利用率高;

　?、瓶笽SI干擾能力強(qiáng);

　?、强剐诺浪ヂ?

　?、瓤乖肼暩蓴_。

　　OFDM基本原理

　　OFDM的基本原理是將編碼后的數(shù)據(jù)由串行傳輸轉(zhuǎn)換為并行傳輸, 采用頻率上等間隔的N個(gè)子載波分別進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的N個(gè)子載波信號(hào)相加后同時(shí)發(fā)送。由于符號(hào)的速率大大減慢，傳輸?shù)臅r(shí)間大大延長(zhǎng)，因而提高了抗多徑衰落，抗時(shí)延擴(kuò)展的能力，減少了符號(hào)間干擾影響，并且通過(guò)選擇載波間隔（△f=1overT，其中，T為符號(hào)周期）使這些子載波在整個(gè)符號(hào)周期上保持頻譜的正交性。在接收端利用載波間的正交性能保證無(wú)失真的復(fù)原發(fā)送信號(hào)。

　　系統(tǒng)組成及工作原理

　　本通信系統(tǒng)以10kV配電線為傳輸媒質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?總線＋樹(shù)"為主，不同總線段可以互聯(lián)為開(kāi)環(huán)的環(huán)網(wǎng)。系統(tǒng)由通信子站系統(tǒng)和主站系統(tǒng)兩部分組成。主站系統(tǒng)設(shè)置于110kV變電站，收集各10kV線路上全部子站的遙測(cè)信息，根據(jù)確定的算法和控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的安全監(jiān)視、自動(dòng)控制和保護(hù)。通信子站與FTU，TTU等配套使用，分布于配電網(wǎng)各處。這里先介紹子站系統(tǒng)部分。

　　通信子站系統(tǒng)

　　子站系統(tǒng)主要由Intellon公司的INT51X1芯片，華邦公司的W90N740微處理器，電平轉(zhuǎn)換MAX3232、模擬前端（AFE）和耦合器（Coupler）組成。

　　INT51X1芯片

　　INT51X1芯片[1][2]是一個(gè)集成的MAC/PHY電力線收發(fā)器。利用它，通過(guò)電力線就可以進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)通信。INT51X1完全符合HomePlug電力聯(lián)盟工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)V1.0.1，采用Intellon專利的PowerPacket OFDM技術(shù)。PowerPacket的具體技術(shù)參數(shù)如下：

　　速度14MB/s；頻帶4.3～20.9MHz；OFDM信號(hào)調(diào)制，84個(gè)載波信道，自動(dòng)信道適應(yīng)，前向糾錯(cuò)；載波調(diào)制方式支持DQPSK、DBPSK、ROBO；讀寫(xiě)方式支持CSMA/CA；符合FCC-15輻射標(biāo)準(zhǔn)；通信加密；0.25 m技術(shù)加工；工作頻率100MHz；工作電壓核心電壓2.5V，3.3V/5V輸入輸出電壓；工作環(huán)境0～70℃。

　　INT51X1可以在惡劣的電力線通信環(huán)境下達(dá)到14Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度，能夠根據(jù)信道上的信噪比（SNR）選擇可用頻率，抵制深度衰減槽、噪聲和多徑衰落，在低SNR的信道中，不使用導(dǎo)頻就能夠?qū)崿F(xiàn)同步。在INT51X1中，MAC采用具有避免沖突的載波偵聽(tīng)多路存?。–SMA/CA）方案，并有優(yōu)先權(quán)設(shè)置和自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求（ARQ），通過(guò)包封裝，支持以太包的可靠傳輸。在保證服務(wù)品質(zhì)（QoS）的前題下，為多媒體有效載荷（包括聲音、數(shù)據(jù)、音頻和視頻）提供必需的帶寬。

　　INT51X1提供三種接口MII/GPSI，USB1.1和以太網(wǎng)口。三種模式分別為USB模式、PHY模式和Host/DTE模式。本系統(tǒng)選擇PHY模式，分別與W90N740和AFE接口，完成以太包和電力包之間的相互轉(zhuǎn)換。

　　W90N740微控制器

　　W90N740[3][4]采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)，是基于ARM7TDMI的32位微控制器。內(nèi)建有兩個(gè)以太網(wǎng)MAC控制器0和1，8K的指令緩存和2K的數(shù)據(jù)緩存。通過(guò)外部總線接口(EBI)可以與外掛的SDRAM、ROM/SRAM、flash memory或I/O互連。通過(guò)片內(nèi)Ethenet MAC Controller 0與INT51X1接口，完成RS232標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。通過(guò)片內(nèi)串口UART上外接一片MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片，即可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信功能，與FTU，TTU等自動(dòng)化設(shè)備相連。