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摘要：本文在介绍单一的电力线载波和微功率无线抄表现状的基础上，提出了基于OFDM电力线载波和微功率无线的双模通信技术。
关键词：电力线载波 微功率无线 双模
1单一的电力线载波或微功率无线抄表的现状
1.1电力线载波在集抄中存在的问题
1）通信信道的时变性
通信信道的时变性对载波信号来说，低压电力线是一根非均匀分布的传输线，各种不同性质的用电器把电能转换成其他形式的负载在低压配电网的任意位置随机地投入和断开，使信道表现出很强的时变性。
2）通信信道的频率选择性
由于低压配电网中存在负荷情况非常复杂、负载变化幅度大、噪声种类多且强等特点，各节点阻抗不匹配，信号很容易产生反射、驻波、谐振等现象，使信号的衰减变得极其复杂，造成电力载波通信信道具有很强的频率选择性。
3）干扰噪声多样
影响电力通信噪声主要有以下三种，即背景噪声、周期性噪声和突发性噪声。背景噪声一般分布在整个通信频带；周期性噪声包括周期性的连续干扰和周期性的脉冲干扰；突发性噪声一般是由用电设备的随机投入或断开而产生的。
正是因为具有上述特点，使得电力载波通信在实际应用过程中一直面临着很多问题等待解决。
1.2微功率无线在集抄中存在的问题
由于电力线的上的干扰及衰减，微功率无线技术开始兴起，无线通信有效地避开了电力线上的干扰和衰减，但是无线通信又容易受环境干扰，穿透墙体和建筑物时信号衰减较大。
1）通信距离的影响
不同的地理环境对通讯距离影响较大，信号的衰减直接影响着通讯距离。由于多路径产生的通讯影响，通讯的距离和可靠性会减少，可视距离已能满足实用化的要求, 但是在小区里楼宇墙体对信号的衰减, 实际的通信距离受限。
2）气侯条件影响
空气干燥时通信距离较远，空气潮湿（特别是雨、雾、雪天气）通信距离较近，在微功率无线模块容许的工作环境温度范围内，温度升高会导致发射功率减小及接收灵度降低，从而减小了通信距离。
3）电磁环境及同频干扰影响
直流电机、高压电网、开关电源、电焊机、高频电子设备、电脑、单片机等设备对微功率无线通信模块的接收灵敏度影响。目前国内有很多设备,几乎都是采用标称频率都和无线在一个载波频率范围内，导致通信距离会有不同程度的衰减。
2OFDM电力线通信和微功率通信技术
2.1OFDM的基本原理
OFDM调制是一种正交多载波调制方式。他的基本思想是把输入信息转换成多路并行信号，利用快速傅里叶变换对相互完全正交的一组载波进行调制形成子载波信号，同时将可用的频谱划分为许多窄带，分别传输这些子载波信号。OFDM信号频谱示意图如图1所示。
由图1中可以看出，各个子载波在调制后的频谱是相互重叠的，每个子载波频谱的波峰正好位于所有其他子载波频谱的零点，从而决定了各子载波之间的正交性。
图1 OFDM信号频谱示意图
2.2微功率无线通信
微功率无线方面，无线信道采用GFSK （Gauss frequency Shift Keying）调制方式，可以在470MHz~510MHz 范围选择32 个信道。无线实现了自主跳频技术，在台区串扰的时候可以自动锁定适当的频点。
3电力线、无线双模异构网络技术
3.1双模异构网络
双模通信网络的组网过程，是通过集中器双模模块（中央协调节点）对采集器及表端的双模模块节点的认证，及网络短地址分配过程。如图2所示，PLC独立的形成一个分布式的网状拓扑结构网络，无线也独立的形成一个分布式的网状拓扑结构网络，在有任务需要通信的时候，结合两个网络的路由信息找出最优的通信路径，最终到达目的节点。
图2 载波无线双模对等网络
3.2双模采集抄表系统架构
如图3所示，电力线载波和微功率无线双模采集抄表系统，和单纯的电力线载波或者单纯的微功率无线采集抄表系统组成一样，唯一区别在于集中器、电能表和采集器，相对于单纯的电力线载波模块或者单纯的无线模块，更换为双模模块，双模模块采用两种通信信道，两种通道采用双模通信模块，配合路由算法，自动选择优质信道传输数据。
图3 双模通采集抄表系统架构
4结论
基于OFDM的电力线载波和微功率无线通信的双模通信方式，逐步得到市场的肯定，采用载波和无线较高的通信速率，扬长避短的有效结合，真正发挥了载波和无线通信的优点。安装、维护调试方面和单纯载波和无线通信同样简单，既能保证实时性、稳定性，又可实现双向互动通信等优点。
参考文献
【1】刘志宏，微功率无线和载波双模抄表系统的实用化研究。价值工程，2015。
【2】张银昌，基于电力线载波与无线网络结合的通讯技术在用电信息采集系统的应用研究。新疆电力技术，2015。
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【5】吕英杰邹和平 赵兵，国内低压电力线载波通信应用现状分析。电网与清洁能源，2010。
论文作者:齐火箭,王嘉宏,李占国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：载波论文; 电力线论文; 通信论文; 功率论文; 双模论文; 信道论文; 无线通信论文; 《电力设备》2017年第27期论文;