摘 要： 针对目前基于低压电力线网络通信信道编码技术进行了探讨与研究，并在此基础上实现了电力线通信。通过对目前比较常用的载波通信方法进行比较，进而为通信信道编码提供研究基础，根据电力线系统设计的具体环境情况进行选取，并对低压电力线设计方法加以改进，以达到对低压电力线上数据传输进行差错控制的目的。在编码方法的基础上搭建基于RISE3201低压电力线数据通信硬件和软件部分。
关键词： 低压电力线；载波通信；RISE3201
电力线通信PLC(Power Line Communication)是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式，它建立在电力配电网基础上，实现了电力线通信网络内部各节点之间以及与其他通信网络之间的通信。近几年，随着数字通信技术的发展，PLC因其分布广、低成本、高速率、即插即用、可移动等优势成为当前通信研究的一个热点。而现有的功能仅是传输电能，如何利用网络资源潜力，在不影响传输电能的基础上实现窄带或宽带通信，使之成为继电信、电话、无线通信、卫星通信之后的又一通信网，是近年来国内外科技人员技术的又一目标。电力网成为一个新的通信网技术其手段只有载波通信，载波通信是基于频分复用技术的电话多路通信体制。属于经典模拟通信的制式。通过各种测量结果的分析和噪声模型及信号传播模型的研究，建立一个通用的精确模型来模拟所有的低压配电网信道情况相当困难，甚至不可能，但建立一个能反映通道基本特征的近似模型却是可能的，它的建立可为低压电力线载波通信研究提供有效的手段，在低压电线的传输中可发挥重要作用[1-3]。
1 编码方法
在低压电力线数字信号传输中，由于信道不理想以及加性噪声的影响，传输信号码元波形会变坏，造成接收端错误判决。为了尽量减小数字通信中信息码元差错概率(误码率)，应合理设计基带信号并采用均衡技术以减小信道线性畸变引起码间干扰(乘性干扰)。对于由信道噪声引起的加性干扰，应考虑采取加大发送功率、适当选择调制解调方式等措施。但是，随着现在数字通信技术的不断发展以及传输速率的不断提高，对信息码元差错概率的要求也越来越高，并且信道带宽和发送功率受到限制，此时就需要采用信道编码，又称差错控制技术。本文根据低压电力线信道实际情况，探讨了数字通信中信道编码技术，采用CRC码、汉明码对低压电力线上的数据传输进行差错控制[4]。
2 低压电力线载波通信系统的设计
低压电力线载波通信系统的总体框图如图1所示，电力载波模块使用PLC调制解调器连接到电力线，进行信息交换。
3 硬件设计
本系统的核心是RISE3201，该芯片是一种智能控制网络的单片系统芯片(SoC)，它利用分布最广的低压电力线作为通信媒介，实现数据传输及网络控制等功能。可广泛应用于远程抄表和负荷管理、工业自动化控制、安防系统、交通运输自动化、家庭智能化等领域。RISE3201的设计符合EIA-709.1、EIA-709.2等国际标准。使用RISE3201，1个通信节点可以动态配置为1个路由或中继节点，其远超过标准的出色的物理层性能和自动路由的特点保证了可靠的网络通信性能。但要实现通信还需增加外围电路，如耦合电路、实现滤波、功率放大功能的发送电路、实现滤波作用的接收电路等[5]。如图2所示。
3.1 发送电路
发送电路的功能是把经调制并按一定协议打包的信号发射到电力线上。由于芯片输出的载波信号达不到功率要求，所以需先经过功率驱动。系统处于发射状态时，COMM MCU根据现场情况选择合适的频点以使发送的信号衰减最小。发送电路如图3所示。发送部分的作用是对RISE3201输出的载波调制信号进行滤波、功率放大，从而将处理后的信号以较高的效率传输到低压电力线上。
3.2 接收电路
载波信号经过耦合电路、载波接收电路进入RISE3201。接收电路配合RISE3201内嵌的BPSK及DSP模块，检测并在接收链上消除脉冲噪音，用多级数字和模拟滤波器消除多频点噪音，高级的信道获取算法保证信号低于噪音的情况下也能够获取信号。而芯片内嵌的自动增益控制(AGC)划分成模拟域和数字域，使RISE3201芯片能够在很宽的范围调整接收信号电平，如图4所示。
3.3 耦合电路
耦合单元是载波信号的输出和输入通道，当RISE3201处于发送状态时，耦合单元将RISE3201产生的高频载波信号送入低压电力线上进行传输；当RISE3201处于接收状态时，耦合单元在电力线上提取高频载波信号以便进行解调，同时阻止电力线的工频电流进入通信终端。
4 软件设计
PC机通过串口发送数据到Modem，Modem将数据进行扩频调制，经数据输出口发射出去，再经外围的发送电路功率放大后，经耦合电路发送到电力线上；接收端则是有耦合电路提取载波信号，经外围接收电路滤波，输入到Modem的数据输入口，由Modem完成解调解扩后，通过串口上传至PC机[6-8]。软件设计流程如图5所示。
本文根据我国低压电力线特性设计了一个基于RISE3201的电力线通信系统，在低压电力线载波通信模块软件功能设计试验的基础上，针对基于低压电力线网络通信信道编码技术进行探讨与研究，并通过协议的编制以实现通信。在实际信道传输数字信号时，由于信道的传输特性不理想及加性噪声的影响，接收的信号不可避免地会发生错误。在采取适当的硬件设备以提高信道性能后，可进一步采取信道编码，进一步提高通信质量，通过实验验证能可靠地在低压电力线上实现点对点数据通信。此系统可用于构建智能家居、办公单位及小区等局域网。
参考文献
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[8] 求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.