载波通信技术在物联网行业的应用

冯少力 刘飞飞 王道远 洪海敏

摘要：电力体系通信互联网是电力体系的重要组成部分，跨越生产、输电、输配电、用电、编程等所有渠道。经过长期的发展，我国已经形成了微波通信、载流沿电场线通信等多种方式并存的电力体系通信互联网模式。比如：载波线用作传输信息的手段，电场线充电后经高频调制语音载波信息载体或一种通信和数据传输方式也特指电气体系的通信手段，其主要特点是无需重新布线，可以将现有的电源线用于数据传输，因此被广泛应用于电气体系中。此外，随着物联网技术的发展，市电通信也可以应用于智能路灯、智能家居、智能楼宇和工业控制等领域。

关键词：载波通信技术物联网行业嵌入式体系应用

中图分类号：TP393文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）01（b）-0000-00

Application of Carrier Communication Technology in Internet of Things Industry

FENG Shaoli   LIU Feifei   WANG Daoyuan   HONG Haimin

（Shenzhen State Grid Technology Communication Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong Province， 518109 China）

Abstract： Power system communication internet is an important part of power system， which spans all channels such as production， transmission， transmission and distribution， power consumption， programming and so on. After long-term development， China has formed the power system communication Internet mode of microwave communication， current-carrying communication along the electric field line and so on. For example， the carrier line is used as a means of transmitting information. After charging， the electric field line is a high-frequency modulated voice carrier information carrier or a communication and data transmission mode， which also refers to the communication means of the electrical system. Its main feature is that the existing power line can be used for data transmission without rewiring. Therefore， it is widely used in the electrical system. In addition， with the development of Internet of things technology， municipal power communication can also be applied to smart street lamps， smart homes， smart buildings， industrial control and other fields.

Key Words： Carrier communication technology; Internet of things industry; Embedded system; Application

輸电通信技术在智能电网集电领域的应用，有力地推动了输电通信行业的发展。电场线宽带通信不仅可以应用于智能电网的集电领域，还可以应用于智慧城市、智能家居和工业控制领域。当前，随着物联网的快速发展，物联网的范围已经成为电力通信的重要范围，而泛电的物联网建设有望成为电力通信的又一个爆发点。该文结合家庭互联网的通信需求及电场线载波技术的前景，探讨通过电场线PLC在家庭互联网中的具体实现方法，结合物联网行业应用特点和信道特性，研究编解码技术和自组网技术搭建一套适用于物联网行业的PLC。

1概述

1.1载波通信技术

电载流通信技术是一种特殊的通信手段，它利用电场线传输语音或数据信息作为信息的传递手段，可分别应用于高压电场线（通常为35 kV及以上）。中压线路（10 kV）和低压线路（380 V/220 V）。它将二次装置的模拟或数字信息载体与高频信息载体结合，通过耦合在电场线上实现中距离传输。沿着这条线路，通过与中继节点通信的通信载波通信的远端终端互联网的电力传输，有效地减少了由于非常强的衰减波长、支撑结构和线路而导致的信息数据丢失，能够同时传输载波信息载体。作为载运工人的时间，其具有经济、方便、安全的特点，且在节省特殊介质上已被广泛采用。电载体的交流是暂时的，随意的。在电网中，低压燃气输电线路直接面向用户，用户在使用过程中，接入变性负荷的类型和大小以及随机性，很难准确预测，另一方面，配电网的低压电场，通常比较复杂：它们往往是几个自然不可抗拒的因素，这就使得在进行低压电力传输通信时必须解决一些退化和可变性因素，这些因素对电力传输产生了一定的影响尤其是低压输电通信技术的发展[1]。

1.2物联网概述

根据定义，物联网意味着连接对象和对象的互联网。它的配置能力，以及它的全球互联网基础设施，构成了未来互联网发展过程的重要组成部分。物联网基于协议，允许通过一系列信息检测装置（例如RFID、红外传感器和全球定位体系）交换和管理互联网上和对象上的信息。由于采用了智能界面，可以与信息特征互联网无缝集成，例如：“物质”一词的识别、有利的物理特性和特殊的独特标志。物联网概念的出现必须主要归因于物流体系现代化的需要，现代物流体系希望利用射频识别、传感器等信息生成装置，以及与互联网相结合的全球定位体系等其他装置，形成海量互联网。类似于条码，自动识别技术（Auto-ID）是物联网最早的应用。对于如此庞大而复杂的互联网体系，需要一个可靠、有效、灵活、舒适的管理体系，作为其正确运行的有力保障。首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网中使用了大量的各种类型的传感器，每一个传感器都是一个声音的来源，不同类别的传感器具有不同的内容和信息格式。其次，它是一个基于互联网的泛在互联网。物联网技术的基础和重要核心再次是互联网，来自物体的信息通过与互联网融合的各种有线和无线互联网实时准确传输。最后，物联网不仅提供传感器连接，还具有自身的智能处理和智能对象控制能力。物联网结合传感器和智能处理，通过使用云计算和模式识别等各种智能技术扩大其范围[2]。

2电力载波构成的智能家居互联网

电气载体是电气体系通信的一种特殊方式。包含信息的高频信息载体通过电力传输模块加载到电场线上，实现跨电场线的数据传输，然后将高频信息载体从电场线上分离，并通过电力模块将信息载体传输到终端装置。智能家居体系中的主体、信息终端、家用装置均内置载波模块接口，直接利用电场线组成内部互联网。因此，电场线不仅是一种能源，也是一种信息和通信手段，也是带电通信优势的体现，其基本结构如图1所示[3]。

3技术设计

3.1电力线载波通信自动组网的实现

“逻辑拓扑”的构建时间是影子算法最重要的因素。一旦确定了信号的产生方式，或者信号物理层的通信速率确定了，那么构建就由建立“逻辑拓扑”所需的探针数量决定，且轮询次数与节点总数、网络层数和中继节点数有很大关系，同时受中继的子节点位置的影响。总体来说，节点总数、网络层数和中继节点数越多，建立“串行拓扑”所需的时间就越长，但是在节点总数、网络层数、中继节点总数相同的情况下，需要中继的子节点所处的位置不同，建立“逻辑拓扑”所需的时间也会不同。

选择逻辑拓扑后，处理逻辑拓扑中的所有内容：需要定义的数据节点、形状、网络层等，这使得运营商网络每时每刻都能自动通过电网进行通信，以达到准确度和精确度的目标.增加逻辑拓扑的合理性，这使得数据传输网络的逻辑拓扑和信函被调用的质量提高了，需要通信运营商通过电力网络自动进行高效的组网方法。因此，对逻辑拓扑进行良好的识别是提高自动化电力线载波通信网络质量的关键，对提高电力线载波通信网络质量具有重要影响。

3.2电力线载波通信自动组网的算法分析

假设一个通信系统总共包含一个主站（下面用A表示）和n个从站（下面用B表示）。假设数据不冲突，因为A发送给B。在这种情况下，数据发送时间可以认为是T。在时间T，逻辑站可以设置为1，假设发送数据失败的次数小于允许值。反之，下一次需要分层逻辑地址分配。简而言之，当且仅当逻辑站为 1 时，才认为分层已完成。相反，分层必须继续。假设在一个通信系统中，p 个通信路径是共享的。那么基于初始化层算法的通信优化方法如下：（1）当信道不变时，可以先优化逻辑层路径。在逻辑站路径较多的情况下，建议分别分析每条路径的信噪比。如果路径数量少，可以同时分析;（2）优化其余逻辑层，记录信噪比。如果信噪比较大，则不会记录;（3）按照上面的步骤，对从1到p的每条路径一一优化。

3.3 OFDM体系模型

OFDM技术已经广泛应用于数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、ADSL和无线局域网（IEEE802.11a）等领域。另外，在高压电场线传输器的情况下，视频和数据又通过OFDM调制方式承载传输信息载体，具有传输速度高、抗多重干扰能力强、频谱利用率高的特点。和低载波频率。串行输入的数据首先被转换成x位串的并行数据，每一位在与信息载体映射后成为复数x（n）。复数在基本操作的基础上进行调制，然后进行和/或转换为系列。符号表示保护距离CP（或安全前缀），以避免因多重失真造成的碼间干扰。分散符号被转换为模拟D/A信息载体，随后在低通滤波器上进行滤波，然后将其发送到具有可变频率的通信信道。接收端完成反向转发过程。

将OFDM调制技术应用于电流范围内的通信的一个直接优势在于，接收部分不必使用单矢量体系的均衡机制。事实上，高压电通道的非线性特性使得在非常宽的频带内进行平衡变得困难且昂贵，OFDM技术能够克服信道的非线性，降低体系的复杂度，OFDM体系可以将频率选择性下降引起的突发错误码归因于不相关的次信道，从而成为随机错误，使用前纠错可以有效恢复信息，OFDM体系还具有抗多重干扰、频谱利用率高、高速数据传输速率可调、抗脉冲经济、信道相关可调副载波调制等优点。COFDM采用信道编写代码技术，进一步提高了数字体系的抗噪能力，这种调制技术最适合频带受限传输信道的高压载波通信。

3.4信道编码

可靠的数字通信体系必须具有错误的低加密率。在波段通信中，增加发射功率和提高通信信道的信噪比可以提高通信性能，但可以用适当的差错控制技术代替。对于波段通信，由于电网结构变化、无线干扰、电磁辐射和频率选择性降级，机器实际接收到的波形与期望的波形不同。如果不采用差错控制技术，当差值超过一定限度时，载波就无法恢复原始信息载体，导致大量差错，无法传输通信。在高压电场线上的OFDM通信中，我们选择的错误控制体系是先验纠错。体系特定信道的编写代码方式为链式码，即外码RS（Reed2Solomon），内码为TCM（Trelliscodecode）由网格码调制而成。内码纠正随机错误，而外码纠正由内部通道或代码引起的突发错误。为了与Matlab模拟和编写代码进行比较，选择了一个合适的参数来进行高压电通道的编写代码。

TCM码采用编写代码和调制相结合的方式，在不增加频率带宽的情况下，允许编写代码增加36 dB，非常适合窄频带的体系。主要思想是使用编写代码方法来优化信息载体空间的分布，以获得调制信息载体的空间向量之间的最大位移距离。同时，采用了足够的信息载体向量来保证信息传输的速度。在TCM编写代码阶段完成了OFCM体系中信息载体的映射过程[4-7]。

4结语

由于智能家居体系不断融入人们的生活，高效设计内部互联网已成为当务之急。由于家庭拥有大量电场线，使用传输电场线进行负载通信使得构建许可且廉价的智能家居体系内部互联网成为可能。不仅可以消除弱线程，而且在后期更容易进行维护和开发。文章从硬件和软件两个方面介绍了载波通信模块的设计和控制。在每个装置中集成电载流通信模块，利用电场线作为内部互联网进行通信、装置控制和装置之间的信息共享。

参考文献

[1]  黄克.论智能电网中电力通信技术的应用[J].通讯世界，2020，27（3）：96-97.

[2]  曾智虹.物联网技术在电力系统中的应用探讨[J].甘肃科技纵横，2018，47（5）：5-7，77.

[3]  吴延，肖波，韩涛，詹习生.基于智能家居的无线热电中央控制系统设计[J].湖北师范大学学报：自然科学版，2021，41（4）：49-54.

[4]  黄娈.5G移动通信支撑下的物联网技术及应用[J].产业与科技论坛，2021，20（23）：33-34.

[5]  殷文明.浅析物联网技术在自动化污水处理系统中的应用[J].中国设备工程，2021（22）：187.

[6]  孙彬哲. 基于物联网技术的地下除湿系统开发[D].大连：大连理工大学，2021.

[7]  王志伟. LPWAN通信技术在配电物联网状态监测中的应用研究[D].北京：华北电力大学（北京），2020.