通信芯片

传感器被誉为“万物互联之眼”，可以精确地测量出压力、温度、浓度，是数据采集的源头。传感器自诞生以来，大致经历了结构型、物性型和智能型三个发展阶段。结构型传感器利用结构参量变化或由它们引起某种场的变化来反应被测量的大小和变化。固体传感器利用某些材料自身的物理特性在被测量的作用下发生变化，从而将被测量转化为电信号或其他信号输出。智能传感器朝着具有感、知、联一体化功能的智能感知系统方向发展，有机结合了传感器、通信芯片、微处理器、驱动程序及软件算法等。

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。

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。

电网作为关系国民经济命脉的国家关键基础设施，对社会稳定、国民经济健康发展发挥了至关重要的作用。电力信息系统处于智能电网的核心地位，是继电保护、安稳控制及调度自动化的重要基础保障，是确保电网安全、稳定、经济运行的关键信息基础设施。电力设备状态感知、调度指令准确下达对智能电网运行至关重要，直接影响电网运行效率。 随着智能电网的发展，分布式能源、源网荷储、综合能源服务、主动配电网、充电桩等智能化业务越来越多，电网设备数量呈爆炸式增加，海量的电力业务接入导致电力通信网的承载能力难以满足要求。近年来，电网公司加大了电力通信网的建设力度，基本解决了35kV及以上变电站的光纤通信接入问题，但配电物联网的终端通信接入网建设始终面临数量大、类型多、业务复杂多样、成本高等难题，对通信实时性、可靠性、通信速率等提出严苛的要求，导致终端通信接入网建设成为电力系统智能化的短板之一，严重制约了各类电网设备间的互联互通。 针对配电物联网的通信接入需求，本项目开展了面向配电物联网的物理层处理技术，提出了基于MAC层融合的信道接入与主动路由、汇聚接入控制与网络资源汇聚优化等算法，研发了基于上述算法的电力多模融合通信芯片，研制了面向配电物联网的多业务融合终端，取得了集理论、技术和产品于一体的创新突破。 项目形成国家授权发明专利16项，发表论文18篇，其中SCI检索论文4篇，EI检索论文12篇，为配电物联网多模接入提供了一整套完整的解决方案。应用范围涵盖四川、宁夏、辽宁等多个省份，取得重大的社会和经济效益，极大地提升了我国电力系统的智能化水平。

随着坚强智能电网建设进入技术提升和深化应用的阶段，用电信息采集系统作为用电重要环节，不仅要满足多元化用电服务需求，同时要满足分布式电源接入、配电自动化等多样化的智能化业务需求。然而，现阶段采用的接入网通信方式单一，其可靠性、时延、带宽等难以满足全费控、高频采集、多表合一等业务需求，融合通信方案采用电力线载波和无线两颗芯片的电路板级“背靠背” 设计，上层协议处理复杂，不能解决成本、功耗等问题，且系统故障率高，难以满足规模化应用要求。 本项目属于电力通信和信息技术领域，深入开展电力线载波和无线异构融合通信芯片的设计实现和产品研制。攻克了跨频带载波和无线融合通信的信道建模仿真和测试技术，创新性地提出了异构通信物理层融合方法，研发基于自主知识产权芯片的融合通信产品，并成功试点应用。

本项日属于电力通信技术领域。随着泛在电力物联网的全面建设，产生了大量新的业务需求和应用需求，如电力设备管理、连接管理、应用系统使能、运行监控等，需要更高速率且支持并发业务的通信方式，但现有窄带电力线载波技术缺乏统一的技术标准、互联互通性差、现场维护工作量大且通信速率低、通信稳定可靠性差，已经无法支撑泛在电力物联网的新需求。高速电力线载波技术，作为窄带电力线载波技术的直接升级方案，能够提供经济、可靠、高速的通信方式，为泛在电力物联网建设提供有力支持。 项目深入研究了电力线信道及通信技术，完成了物理层算法、模拟前端、soc、协议栈开发，研发出具有自主知识产权的高速电力线载波芯片和通信模块，基于该通信模块提出了高速载波在用电信息采集系统的应用方案，开展了台区识别、停电上报等研究，完成了高速载波应用产品开发、测试及工程化和试点应用。