电力线载波通信

电力线载波和无线双模融合通信已成为电网信息采集系统的新发展方向。针对双模通信的异构物理层融合度不高等缺点,文章基于国网新双模技术标准的发射端结构,针对物理层前向纠错编码的特性提出了一种双模复用编码设计方法。融合设计包含了分组编码、Turbo编码、信道交织、分集拷贝等功能模块,并通过对Turbo编码和交织等模块进行双模时分复用节省了电路资源。通过对硬件代码的仿真验证了融合设计方案的时序性能,并基于SMIC 55 nm工艺对代码进行综合以分析实际电路中节省的逻辑资源总数。仿真与综合结果证明,提出的融合设计方案可以节约电路消耗、提高编码效率,达到降低生产成本、减少信号延迟的设计目标。

为了提高电力线通信系统中OFDM定时同步的准确度,文章基于低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范下的物理层通信协议,提出了一种基于Mitchell算法的电力线载波通信符号定时算法。与理论本地互相关同步算法相比,文章的算法不需要进行乘法运算,易于硬件实现。与简化的单比特量化算法相比,该算法同步检测结果更加准确,峰值旁瓣更小,在低信噪比条件下符号定时更加准确。

针对电力线信道阻抗变化复杂、负载阻抗不匹配造成通信质量差等问题，提出一种基于深度强化学习的Π型阻抗匹配网络多参数最优求解方法，并验证分析了深度强化学习对于寻找最优匹配参数的可行性。首先，建立Π型网络结构，推导窄带匹配和宽带匹配场景下的最优匹配目标函数。其次，采用深度强化学习，利用智能体的移动模拟实际匹配网络的元件参数变化，设置含有理论值与最优匹配值参数的公式作为奖励，构建寻优匹配模型。然后，分别仿真验证了窄带匹配和宽带匹配两种应用场景并优化模型的网络参数。最后，仿真结果证明，经过训练后的最优模型运行时间较短且准确度较高，能够较好地自动匹配电力线载波通信负载阻抗变化，改善和提高电力线载波通信质量。

华为终端有限公司在华为深圳培训中心，将电力线载波通信技术与鸿蒙操作系统整合应用于全屋智能应用场景中，形成了一整套全屋智能解决方案。

国务院办公厅发布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》明确指出了物联网应用建设的迫切需求，在新型电力系统建设中，物联网通信领域需要支撑的业务种类日益丰富，例如用电信息采集、有序充电、反窃电分析、智能楼宇等，对于数据采集通信和深化应用提出了更高的要求。因此必须建立高速、可靠的本地通信网络。

10kV电力线载波通信具有广泛的实用性，利用其巨大的网络资源，实现高质量的数据传输已成为一个世界性的热点问题。本报告，首先对电力线载波通信技术发展史进行了介绍；其次，通过介绍10kV电力线上的阻抗、噪声、衰减特性引导出10kV电力线通信技术的关键问题；针对关键问题，介绍当前10kV电力线上的解决方案，提出了多频并发技术、自适应调制技术、智能组网技术和冲突避让技术；最后介绍10kV电力线载波在电力物联网中的应用案例。

本项目属于集成电路领域。随着智能电网建设的推进，电力通信芯片的市场需求与日俱增，长期以来电力通信芯片依赖国外进口，存在安全隐患大、供货不稳定等问题。随着智能电网新型业务的兴起，分布式电源等各类终端大量接入，对通信实时性、可靠性、通信速率等提出严苛的要求，而国内产品主要面向消费类电子，存在成本高、功耗高、可靠性差等问题，无法满足复杂电力环境下的应用需求。因此，亟需研发具有自主知识产权的工业级电力通信核心芯片，以实现规模化推广应用。本项目开展了高性能模拟前端、电力线载波通信、微功率无线通信和多模融合通信等关键技术研究，突破了噪声自适应消除、抗信道干扰、低功耗与高性能难以平衡等难题，开发了高速电力线载波通信芯片、G3-电力线载波通信芯片、微功率无线通信芯片、双模融合通信芯片4款芯片以及12款模块产品，取得了集理论、技术和产品于一体的创新突破：1）突破环境温度、干扰噪声、工艺偏差因素导致放大器性能降低的难题，提出自适应噪声消除和多温度系数参考源电路设计方法，设计模拟放大器，可控增益带宽提高了10%，保障通信芯片在复杂电力工况下可靠运行；2）攻克了电力线强干扰、强衰减环境下高速通信的难题，提出了互相关帧同步技术，提出了实时自适应干扰消除技术，保证了高速电力线载波通信芯片在复杂信道环境中稳定可靠运行；3）突破了通信芯片在低功耗、小尺寸与高性能需求之间难以平衡的难题，提出了一种基于注入锁定技术和有源电感振荡器的高频信号追踪的方法，设计了低噪声射频模块，研制出高性能、低成本的微功率无线通信芯片；4）突破了双模融合通信的信道差异化适配难题，提出了电力线载波与无线融合通信架构，构建了双通道子载波误码率预测模型，设计了双链路自适应切换保护与子载波优选适配方法，研制出高可靠、高适配性的双模融合通信芯片。 项目成果已在我国电力行业实现大规模应用，覆盖27个省/市/自治区，拓展至环境监测、智能家居等领域。项目的实施，实现自主知识产权电力通信芯片的规模化推广应用，有效提升电力通信水平，打破国外垄断，带动我国集成电路自主创新，对推动产业进步意义重大。

本项目针对大连市全域配网自动化建设过程中大规模终端高效、可靠接入需求，结合配网运行、调度管理、用电信息采集等配网全业务需求，开展了末端装置、接入控制、频带分配和网管优化等方面创新研究，在国内首创电力线载波末端光信号回路通断转换装置，彻底解决了大规模子模块传输过程的信号抖动难题；创新提出事件驱动和概率函数相结合的电力线载波通道接入控制方法，有效降低了电力线通信网络时延难题；开发了电力线载波专用轻量级网管系统，实现对大规模电力线载波网络的有效管理和控制；提出基于子载波频带误码率判定的频带分配策略，优化了电力线通信频带自动分配及使用效率。本项目的频带利用率、中压单馈线接入规模、S0E分辨率和抗衰耗等关键指标均优于国内外现有水平，项目在实施过程中获得发明专利授权8项、实用新型专利授权2项，发布技术标准2项，发表学术论文5篇。本项目攻克了大规模电力线载波通信终端接入的关键共性技术，积累了大规模载波终端接入系统的运行经验。研究成果在理论研究和工程应用方面均处于国际领先水平，在大连A+和A类地区的两年应用以来，有效提升了配网自动化运行水平，也为我国电力载波技术的发展和推广应用具有重要的借鉴意义。

配电台区边端多模通信网络是以低压电力线和无线为传输介质，融合高速电力线载波、微功率无线、低功耗无线等通信模式，可扩展接入 Zigbee、蓝牙、WiFi、LoRa 等多种协议设备，实现深度覆盖的本地异构通信网络，支撑多样化的设备连接和服务需求。 配电台区边端多模通信网络的电力线载波通信定义了 8 个通信频段，支持载波频段自动避让；无线通信支持470MHz 频段微功率无线通信和低功耗无线通信。 配电台区边端多模通信网络由中心主控节点、路由汇聚节点和末端感知节点组成。一个中心主控节点和多个路由汇聚节点构成以中心主控节点为中心的主干 Mesh 网络，末端感知节点以无线方式从中心主控节点或路由汇聚节点接入主干网络，末端感知节点与中心主控节点或路由汇聚节点之间构成星形网络。