电力载波通信报告.docx

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电力载波通信报告

电力载波通信技术的应用及未来发展

电力载波通信技术，简称PLC，是一种利用中、低压配电网作为通信介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术，不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。

近10年，特别是2000年以来，由于人们对带宽需求的不断增长，包括ADSL（非对称数字用户环路）、PLC技术在内的宽带接入技术得到了快速发展。

特别是PLC技术，由于充分利用最为普及的电力网络资源，建设速度快、投资少、户内不用布线，能够通过遍布各个房间的电源插座进行高速上网，实现“有线移动”，具备了其它接入方式不可比拟的优势，受到国内外的广泛关注。

一、PLC技术国外发展现状

目前国际上专用PLC调制解调芯片主要有：

以色列Yitran公司IT700、IT800系列的芯片，其传输速率为1.25Kbps，5Kbps，7.5Kbps可选；美国Intellon公司INT5500、INT6000系列的芯片，INT5500芯片速率可达到85Mbps，而INT6000芯片速率可达到200Mbps；西班牙DS2公司的DSS7800、DSS9501芯片，其传输速率可达到200Mbps，埃施朗公司PL3150、PL3170系列芯片，其传输速率为3.6Kbps，5.4Kbps可选，意法半导体公司推出的ST7538Q，其通信速率为4800bps。

以上公司中，以美国Intellon公司14Mbps芯片应用最为普遍，大部分PLC系统都是基于该芯片开发的。

欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1日开始启动了一个称之为OPERA（OpenPLCEuropeanResearchAlliance）的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量致力于制定欧洲的PLC统一技术标准、推动大规模商业化应用，并将PLC作为实现“eEurope”（信息化欧洲）的重要技术手段。

美国联邦通信委员会（FCC）一直在鼓励启用新的基于现有设施的宽带平台，促进美国的宽带业务。

2004年2月12日，FCC批准对某些技术规则的修改意见，目的是通过促进电力线宽带接入技术的推广应用，把美国电力网的巨大潜力利用起来。

美国、欧洲等国许多大的电力企业也积极进行中压及低压PLC的试验，美国的Cinergy等17家电力企业，德国、西班牙等15个欧洲国家的32个电力企业建立了PLC试验网络，有的还进行了PLC商业化运营，如德国的MVV等。

亚洲开展PLC研究和试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、中国台湾等地。

（一）公司市场评价

编号

  厂家

物理层芯片

SOC芯片

网络协议

解决

方案

速率

      电力载波芯片竞争优势

  电力载波芯片竞争劣势

1

ST

7536

7537

7538

7540

●

窄带

国外应用较多，效果也不错，有一定的知名度，ST7538速率最高4800bps，频率软件可调.

国内测试性能评价一般，适应不了中国电力线环境

2

ECHELON

●

●

●

窄带

国际主流品牌，主要针对工业控制网而设计，完善的Lonworks网络协议，国外市场已有几百万片的成熟应用。

成套方案绑定销售，方案价格很高，国内技术支持不到位，过高的价格难以在民用市场大规模推广。

国内电力线通讯性能一般。

3

Intellon

●

宽带

速度快，适合北美电网环境。

国内测试性能评价一般，适应不了中国电力线环境。

4

Maxim

Max2990

●

●

●

宽带

采用先进的宽带通信技术，可通过交流和直流电力线进行低成本的双向数据通信，传输速率高达100kbps

新产品，待实际应用验证，价格高。

5

DS2

●

●

●

宽带

宽带电力载波通讯芯片组

TheMontgochipset100Mbps（DSS8101PHY/MACICandtheDSS7800AFEIC）

TheAitanaTMchipset200Mbps（DSS9101andDSS7800）

目前主要做宽带电力线通讯方面的业务，国内技术支持不到位，芯片价格较高，国内用的不多。

6

Yitran

IT800D

●　

●

●　

宽带

有宽带和窄带电力载波通讯芯片

目前主要做宽带电力线通讯方面的业务，国内技术支持不到位，芯片价格较高，国内用的不多。

（二）公司芯片介绍

下面介绍Yitran、Intellon、DS2、Echelon和意法半导体公司芯片的特性：

1、IT700Yitran公司

IT700电力线载波芯片是Yitran公司新推出的一款高性能集成电路芯片，结合Yitran超鲁棒物理层，高性能数据链路层，以及网络层协议（Y-NET）。

IT700提供8051核，256KB的Flash空间用于协议栈和应用程序开发，并提供24个I

O口。

IT700电力线载波调制采用Yitran专利技术DCSK扩频技术，可以提供极强的通信稳定性，数据率最高达7.5Kbps。

芯片同时采用多种机制保证通信的稳定

性，如具有专利的前向短块软译码纠错算法和特殊的同步算法。

IT700支持世界多种规格标准（FCCpart15，ARIB,CB，CA），并符合HomplugC.C.标准，是一款理想的PLC控制器。

应用实例：

●智能电网

自动抄表系统（AMR）、高级电表管理系统（AMM）、电网计费系统

●智能家居

建筑自动化、安防监控、设备控制、环境控制

●其他应用

路灯控制系统、自动贩卖系统、信号控制系统

2、IT800Yitran公司

●调制方式：

DCSK调制，Yitran专用扩频调制技术

●操作频段：

120Khz—400Khz（FCC/ARIB）

20Khz—80Khz（CENELECA波段）

95Khz—125Khz（CENELECB波段）

●通信速率：

1FCC/ARIB标准操作

标准模式（SM）——7.5Khz

鲁棒模式（RM）——5Khz

超级鲁棒模式（ERM）——1.25Khz

2CENELECA波段和B波段

鲁棒模式——2.5Khz

超级鲁棒模式——0.625Khz

●具有前向短块软件译码纠错和循环冗余码校验功能

●接受灵敏度：

1mv

●动态监测范围：

>85dB

●组网方式：

自动中继，自动组网

3、INT5500Intellon公司

Intellon公司推出的INT5500芯片是当前比较完善的OFDM处理芯片,采用Turbo芯片组的Homeplug1.0技术标准,传输速率最高达85Mbit/s。

支持DQPSK、DBPSK、QAM调制方式,具有以太网和MII接口,且与之配套的INT1200具有ADC、DAC和PGA控制器,设计较方便。

INT5500芯片为高速率MAC/PHY电力线收发器,利用它不需要铺设任何新的线路,就可在电力线上实现高速数据通信。

INT5500可在恶劣的电力线通信环境下实现85Mbit/s速率的数据传输,同时能够根据信道上的信噪比（SNR）选择可用频率,以抵制频率选择性深度衰减、噪声和多经衰落。

在低SNR的信道中,不使用导频就可以实现同步。

在INT5500中,MAC采用CSMA/CA方案,并有优先权设置和自动重复请求（ARQ）,通过报文封装,支持EtherNet报文的可靠传输。

在保证服务质量（QOS）的前提下,为多媒体有效载荷（声音、数据、音频和视频）提供必需的带宽。

4、INT6000Intellon公司

●INT5500芯片为高速率MAC/PHY电力线收发器,内部集成了MII，以太网，PCI，数据总线和MPEG接口

●最高通信速率可达到200Mbps

●符合HomePlugAV标准，并兼容HomePlug1.0标准

●支持Internet网组管理协议IGMP多IP传输

●当前比较完善的OFDM处理芯片，能够根据信道上的信噪比（SNR）选择可用频率,以抵制频率选择性深度衰减、噪声和多经衰落。

●MAC采用CSMA/CA方案,并有优先权设置和自动重复请求（ARQ）,通过报文封装,支持EtherNet报文的可靠传输

●支持1024/256/64/16/8QAM，QPSK，BPSK和ROBO调制方式

●低功耗

5、DSS9501西班牙DS2公司

DSS9501电力载波通讯芯片，是一款带宽为200Ｍbps的芯片，它与DSS7800前端放大芯片同时使用。

它在DSS9501芯片的基础上，主要有功耗、抗相邻干扰、增加硬件加速等方面有较大改进，并且成本进一步降低。

其主要特点如下：

●UPA家庭网络MAC和PHY功能强大的嵌入式媒体与网络处理器

●200Mbps的整个家庭高清晰度视频流

●兼容DSS9101和DSS8101、向后兼容所有DSS9XXX（如即将上市的400M芯片）

●易于生产和维修的LQFP176封装（DSS9501）和QFN48封装（DSS7800）

●2个SPI接口，1个GPIO，TDM/I2S（可直接传送音频信号）和UART接口

●综合802.1D以太网桥与包检测和重定向

●加速包检测功能，防止多点传送阻塞。

●自适应网络路由功能扩展覆盖面

●基于硬件的加密：

128位、256位AES和3DES模式

●802.1QVLAN的相邻隔离

●可扩展的解决方案与时分的MAC确保有效带宽共享

●周边网络隔离，更适合多住宅单元使用权用

●扩展功能，通过API和软件开发工具能方便的进行二次开发

●有JTAG接口，可对边界扫描和自我测试

●频符合全球标准

●增加省电模式：

可节省30%的功耗

6、PL3150美国Echelon公司

●智能双频载波BPSK调制技术，

●双载波频率自动调整

●内嵌数字信号处理器

●可对输出信号幅度电平进行控制

●符合FCC、加拿大工业、日本MPT、EIA709．2、CENELECEN50065－1标准

●可以工作在CENELEC欧洲实用频段A波段（70kHz－95kHz）和C波段（110kHz－140kHz）

●应用双载波频率自动调整技术，PL3150可以在主频被噪音堵塞的情况下，自动切换到副频继续保持通信

7、PL3170美国Echelon公司

PL3170芯片的特性与PL350相同，区别在于内部RAM，ROM，EEPROM，封装等

8、ST7538Q意法半导体公司

ST7538Q是一款半双工、同步/异步FSK（调频）调制解调器芯片。

该芯片具有以下特点：

●有8个工作频段，即：

60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82.05kHz、86kHz、110kHz和132.5kHz；

●内部集成电力线驱动接口，并且提供电压控制和电流控制；

●内部集成5V线性电源，可对外提供100mA电流；

●可编程通信速率高达4800bps；

●提供过零检测功能；

●具有看门狗功能；

●集成了一个片内运算放大器；

●内部含有一个具有可校验和、24位可编程控制寄存器；

ST7538Q是采用FSK调制技术高集成度电力载波芯片。

内部集成了发送和接收数据所有功能，通过串行通信，可以方便地与微处理器相连接。

内部具有电压自动控制和电流自动控制，只要通过耦合变压器等少量外部器件即可连接到电力网中。

ST7538还提供了看门狗、过零检测、运算放大器、时钟输出、超时溢出输出、5V电源和5V电源状态输出等，大大减少了ST7538应用电路外围器件数量。

此外，该芯片符合欧洲CENELEC（EN50065-1）和美国FCC标准。

二、国内PLC技术的研发与应用

国外在电力线通信技术方面的进展，引起了国家电力公司的高度重视和科研单位的密切关注。

国家电力（电网）公司先后多次立项，由中国电力科学研究院、国电通信中心等单位承担电力线高速数据通信技术相关课题的研究工作。

由于我国低压配电网的网络结构、负荷特性、供电方式和国外有很大的不同，国外已有的理论研究成果和开发的系统不能完全适应我国的实际。

我国科技工作者在中国低压配电网高频信号传播特性、电力线高速数据通信机理、应用产品开发等方面进行了大量的研究工作。

国内在PLC技术的多个方面进行了大量研究工作，生产出具有国际水准的PLC产品，取得了可喜的成绩。

但我们应当看到，由于各种条件限制，国内生产的PLC设备均是采用国外的专用芯片，在大规模商业化应用时必然产生许多制约。

我们需要抓紧PLC的芯片技术研究工作，集中力量研发具有中国自主知识产权的高速率芯片。

只有掌握PLC产品的核心技术，才能够根据我国电网的自身特点以及特定需求，研发出符合我国国情、具有自主知识产权的PLC产品，真正解决PLC的国产化问题。

（一）国内现有载波通信技术特点

现有的低压载波通信芯片的技术特点可以从调制方式、传输速率、通信频率、通信功率、EMI标准、芯片技术等方面来分析。

1、调制方式与传输速率

目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：

直接序列扩频、线性调频Chirp

和正交频分复用OFDM等。

此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。

国内载波通信产品主要采用直接序列扩频技术。

其中长沙新竹数码为基带扩频通信兼容主流窄带技术，国电龙源为直接序列扩频技术、FSK，东软为FSK，15位直序列扩频通信；福星晓程DPSK63位直序扩频；弥亚微为QPSK扩频调相、过零同步、分时传输，瑞斯康为BPSK技术；鼎信为二进制连续相位移频FSK，过零同步、分时传输。

上述各家的扩频技术各有不同特点。

对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。

目前这几家中，传输速率分别为长沙新竹数码：

20.8Kbps，国电龙源：

20.8Kbps，瑞斯康：

5.5K、11Kbps可选，弥亚微，同时提供200、400、800、1600bps四种可变速率；东软：

330bps；福星晓程：

250/500bps；鼎信：

100bps。

按照现阶段现场实际应用状况来看100至500bps速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控制（断送电）和管理功能则需要提供更高速率保证。

2、通信频率

关于通信频率，在美国由联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450kHZ；在欧洲由欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3~148.5kHZ。

这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献，目前全球AMR系统均采用该频段标准。

国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为3家，分别是福星晓程120KHz，国电龙源120K±10K和弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz三种可选。

3、通信功率及EMI指标

国内东软、福星晓程、鼎信等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法。

在实际产品化的过程中，基本上做到3W至5W，有的电表厂甚至做到了8W，这种做法是绝对不可取的。

首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成大量的能源浪费，这也有悖于国网公司上集抄系统的初衷；其次，如此大的功率传输将会严重污染电力线信道环境，我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者，现在却也能成为最大的制造者。

就目前研究了解的情况，国内只有弥亚微的载波芯片Mi200E采取低功耗设计。

其发送信号时的功率仅为0.4W，在保证可靠的通信性能的同时该芯片EMI等相关指标满足欧洲标准。

4、芯片技术

严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企业，像东软和鼎信均是采用MOTROLA的MC3361＋单片机通过软件完成物理层、MAC层、网络层的模式。

其优点是降低了研发难度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。

福星晓程和弥亚微均是完全自主开发的载波通信芯片产品。

国电龙源核心技术是在过零点的正交码扩频技术和高灵敏度模拟信号识别技术。

（二）公司市场评价

编号

  厂家

物理层芯片

SOC芯片

网络协议

解决

方案

速率

      电力载波芯片竞争优势

  电力载波芯片竞争劣势

1

青岛东软

●

●

●

●

窄带

多年经营形成的市场份额；与客户形成长期合作关系；系统解决方案提供能力；系统性能目前处于国内先进水平。

速率较慢，300bps，所有核心产品全部打包给客户，客户无法做二次开发，省级项目支持好，地方项目支持不到位，其通讯频率在国外市场不在许可频段内，外加3W以上的外部功放，对电网污染严重，过标准有困难。

2

福星晓程

●

●

●

●

窄带

多年经营形成的市场份额；与客户形成长期的合作关系；系统解决方案提供能力；目前系统性能处于国内较好水平。

速率较慢，500bps，产品通讯性能一般，固定路由，近几年技术上没有很大的突破，产品不能满足现阶段用户需求。

外加3W以上的外部功放，对电网污染严重，过标准有困难。

3

长沙新竹数码XZ386

●

●

●

●

窄带

具有多年提供电表方案累积的经验；具有系统解决方案提供能力；在东软等厂家产品基础上开发，主要在以下几个方面有了高度提升：

1.高效适应电网质量的时变性。

2.提高组网效率。

3.提高路由深度：

支持7级。

4.新增相位检测机制

5.新增长报文数据传输机制

6.新增载波通信信号强度机制。

7.集中器三相同发同收机制

8.优化载波外围电路方面等等。

属于该公司根据市场需求推出的新品，目前市场占有率不高。

4

瑞斯康

●

●

●

窄带

系统芯片加网络协议，采取与电力公司下属企业项目合作（资助）形式，参与一些地方项目的试验。

速率5.5Kbps（3301）11Kbps（3401）

产品性能一般，电力载波芯片设计复杂，产品化难，市场占有率不高。

5

青岛鼎信

●

●

●

●

窄带

有系统解决方案提供能力，系统性能处于国内较好水平。

芯片原理跟东软的差不多，但由于选择的载波频道在421Khz，所以相对通讯效果较好。

价格比较低。

产品推出较晚，目前市场占有率不高，载波功率较大，对电网干扰较大。

6

弥亚微

●

●

●

窄带

高性能高集成度物理层通讯芯片，速率最高可达1600bps，内置0.4w数字功放和开关电容带通滤波器，性价比高，芯片设计符合欧洲标准，便于出口，完善的系统方案和高智能网络通讯协议能完成自动组网，自动中继，自动路由维护等功能，使得整个系统后续维护量极少。

湖南衡阳10万户规模的试点效果非常理想，目前是除东软、晓程外唯一在国内有大批量试点的芯片，系统性能大大优于东软晓程。

目前该司在国家多个省市成为被允许入围的芯片厂商，口碑不错，市场前景较好。

性能一般，市场占有率不高。

7

国电龙源

●

●

●

●

窄带

电力载波芯片系统加网络协议，采取与电力公司下属企业项目合作（资助）形式，参与了一些地方项目的试验。

国内测试性能评价一般，市场占有率不高。

（三）公司芯片介绍

下面介绍国内公司所生产的芯片的特性：

如长沙新竹数码，福星晓程，国电龙源，弥亚微，青岛鼎信，青岛东软和瑞斯康。

1、XZ386长沙新竹数码

xz386系列载波芯片是专门为基于低压电力线通信而设计的基带扩展频谱通信专用大规模集成电路芯片。

该芯片的设计目标是在恶劣的通信信道（低压电力线）上实现可靠的数据通信，达到电力线网络上的设备互通、互连，并具有对能量脉冲进行准确、有效的数据处理和终端设备控制能力。

该芯片可广泛应用于电力、供水、供气等远程抄表及能源管理领域，智能家居，包括智能楼宇、智能设备控制、灯光或路灯控制等。

●兼容主流窄带技术，直接替换，性能更佳；

●数字同步技术，信道良好时跟踪到5ppm以内，并保持修正。

降低了表模块对晶体的要求；

●精确同步，快速相关检测，误码率更低；

●低成本并可在线升级；

●自动识别表号（97规约）或通信地址（07规约）作为通信地址；

●提供信号强度数据，方便路由协议；

●DLT645-97/2007兼容；

●63位码序列扩频；

●码速率20.8k波特，数据率330bps。

●16引脚sop封装；

●载波模块输出功率0.4W（10欧姆负载）

●载波模块接收灵敏度小于100uV

2、PL3106福星晓程

PL3106内部集成了PL2102电力载波通讯模块，该模块是专为电力线通讯网络设计的半双工异步调制解调器。

PL3106将该模块内嵌后，使得载波通讯的抗干扰能力有了巨大提高。

而且操作更加方便。

●内置扩频通信调制/解调电路，数据速率500/250Bps可选；

●内置2路16位Σ-Δ调制A/D转换器；

●内置256bytes+768bytesSRAM（静态随机存储器）；

●内置16KbytesE2PROM（电可擦除/可编程）程序存储器；

●内置60bytesE2PROM（电可擦除/可编程）数据存储器；

●内置两个可灵活配置的全双工多功能UART（UATR0可配置为红外38K）；

●内置三个8/16位定时/计数器，一个看门狗定时器以及三个外部中断源；

●内置实时钟/日历单元，自动润年润月,可数字频率校正,并具有秒脉冲输出；

●内置带有硬件方向判别逻辑的红外线脉冲探测驱动电路；

●内置1路8位PWM调制D/A转换器；

●内置串行程序存储器编程接口，支持在系统编程（ISP）；

●内置完善的电源电压监测电路；

3、PL3201福星晓程

PL3201芯片内集成的载波通信单元采用QPSK（四相相移键控）调制方式，

可变伪随机码速率（带宽）的多地址通信技术。

其载波中心频率为120kHz,伪随机码速率可达到15K和30K,由于采用了QPSK调制技术，在带宽不变的情况下，数据传输速率是BPSK调制方式的一倍，根据伪随机码的速率不同数据速率可达到1Kbps和500bps。

同时采用了63位Gold/Kasami序列，从而实现了码分多址，其地址数目最多可达41个，其中33个Gold序列，8个kasami序列，将使台区之间的干扰减小到最小；同时PL3201向下兼容PL3105的通讯方式（BPSK二相相移键控），及其15/31位伪随机码模式。

此外PL3201的载波调制输出信号可由软件灵活配置成正弦波输出或方波输出模式。

●采用0.35um超大规模数/模混合CMOS制造工艺；

●拥有多项自主知识产权的SoC（SystemonChip）设计；

●内置高精度数字多功能电能计量电路，计量标准完全符合国标GB/T17883和GB/T17215（等效于IEC687/1036）。

计量精度达到在1000:

1的动态范围内误差小于0.1%；

●电流通道内置可程序设定增益放大器（PGA）；

●内置双通道电流采样、正/负功指示数字逻辑电路；

●内置有功功率和无功功率计量电路；

●内置电压/电流有效值、相电压频率测量电路；

●内置扩频通信调制/解调电路，兼容PL3105通讯方式；

●内置256bytes+1024bytesSRAM（静态随机存储器）；

●内置16KbytesE2PROM（电可擦除/可编程）程序存储器；