在乡村通过PLC解决智能电网通信问题.doc
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1、在乡村通过PLC解决智能电网通信问题在智能电网中,必须使用可靠的通信框架来交换优化功耗和成本效益所需的数据。 在低人口密度、距离和地形等因素往往限制其他通信方式的农村地区,电力线通信 (PLC) 解决方案为数据通信提供了一种方便的工具。 对于期望在智能电表或电网能量收集系统中实现通信的工程师而言,PLC 设计可以利用Atmel、Cypress Semiconductor、STMicroelectronics 和 Texas Instruments 等制造商生产的器件。在乡村地区,电力线通常是确保可靠、高性价比智能电网通信的最佳选择。 用户终端在这些地区通常极为分散,而诸如无线等可替代方法的覆盖
2、距离又不足,有线链路或蜂窝宽带还不能马上投入使用或可靠性还不够。 相比之下,PLC 可以提供一个可靠的高性价比机制,用于公用事业公司和用户智能电表之间的数据交换。PLC 设计在典型的 PLC 调制解调器设计中,模拟前端 (AFE) 和处理器提供关键功能(图 1)。 当 AFE 处理模拟操作(包括信号传输和接收)时,处理器执行与特定 PLC 协议关联的通信软件堆栈。图 1:除了耦合、带通和电路保护之外,PLC 调制解调器还将用于传输和接收信号的模拟前端 (AFE) 与用于处理通信堆栈的 MCU 相结合。 (图片由 Texas Instruments 友情提供)要构建 PLC 解决方案,设计人员可
3、以将独立的 AFE(如 Texas Instruments AFE030 和 AFE031)与外部 MCU(如 Texas Instruments 的 C2000 C28x Piccolo MCU)相结合。 利用这种方法,设计人员可以通过选择较高性能的 MCU(如结合 C2000 C28x 内核与 ARM Cortex-M3 的 Texas Instruments Concerto 多核 MCU)来扩展 PLC 调制解调器性能。 事实上,对于更高级的调制方案(如下面所提到的正交频分复用 (OFDM)),可能需要更高性能的多核处理器来处理更复杂的通信软件堆栈。或者,设计人员还可以采用各种将大部分
4、 PLC 通信堆栈集成于单一芯片上的 PLC 解决方案。 例如,Cypress Semiconductor CY8CPLC10 集成了 PHY 层和更低层的网络协议堆栈,而 CY8CPLC20 进一步将 CY8CPLC10 的功能与能够执行更复杂 PLC 堆栈的 Cypress PSoC 内核相集成(图 2)。图 2:制造商提供了以提高集成度为特色的 PLC 解决方案。 例如,Cypress Semiconductor CY8CPLC10 集成了 PHY 和网络协议堆栈,而 Cypress CY8CPLC20 将 CY8CPLC10 的功能与用于完整堆栈处理的 PSoC 内核相集成。 (图片由
5、 Cypress Semiconductor 友情提供)频段根据地区法规的规定,PLC 必须在特定频段内工作。 在北美和加拿大,FCC(联邦通信委员会)第 15 部分规定,PLC 在 10 kHz 至 490 kHz 频段范围内工作。 在亚洲和日本,ARIB(电波产业协会)规定,PLC 在 10 kHz 至 450 kHz 频段范围内工作。 在欧洲,Cenelec(欧洲电子技术标准化委员会)EN50065 规定了低频段范围,包括用于 PLC 通信的 A 频段(3 kHz 至 95 kHz)和 B 频段(95 kHz 至 125 kHz),以及用于相关应用的 C 频段(125 kHz 至 140
6、 kHz)和 D 频段(140 kHz 至 148.5 kHz)。 在中国,EPRI(电力科学研究院)规定了 3 kHz 至 500 kHz 的频段。凭借独立的 AFE 或集成式PLC 器件,制造商可以在各种器件系列中支持特定频段和调制方案。 例如,TI AFE030 和 AFE031 支持 CENELEC EN50065 频段 A、B、C、D,而 Cypress CY8CPLC10 和 CY8CPLC20 支持 CENELEC EN50065 及 FCC 第 15 部分操作。 同样,STMicroelectronics 自己的 PLC 器件系列支持特定的区域频段:例如,STMicroelec
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