可編程控制器技術(shù)縱深解析

一、PLC技術(shù)要素

1. 電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )單元（PNU）

　　它負責控制電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )并從單元配電網(wǎng)集成話(huà)務(wù)。通過(guò)適當的電信干線(xiàn)接口，PNU再將話(huà)務(wù)傳至饋電網(wǎng)絡(luò )。根據饋電網(wǎng)絡(luò )中使用的不同介質(zhì)，PNU也可轉換來(lái)自低壓配電網(wǎng)的數據話(huà)務(wù)。

2. 電源線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )終端（PNT）

　　它為最終用戶(hù)PC或其它用戶(hù)提供適當的接口，如以太網(wǎng)或是USB。為了降低成本，這一獨立設備能夠和PC或其它設備相集成。

3. 偶合設備（CouplingUnit）

　　它是將信號傳入線(xiàn)路并過(guò)濾噪音的。目前它還是一個(gè)插銷(xiāo)插入電插座的相對獨立的設備，今后它可能會(huì )和PLC調制解調器集成于一體。PLC調制解調器和PC內的偶合設備的集合體有一天將使PC可以直接在網(wǎng)上運行。

　　配電網(wǎng)是一種共享介質(zhì)，即所有與之相連的用戶(hù)都共享同一電纜。在典型的城市配置中，它則轉化為與一個(gè)變壓器相連的大約100到200個(gè)用戶(hù)。PLC系統能夠在1Mbps的最佳傳輸速率下支持80個(gè)用戶(hù)，這一比例是足夠的。由PLC技術(shù)支持的客戶(hù)，需要具備一個(gè)技術(shù)條件，具有很強的帶寬分配能力的介質(zhì)接入控制（MAC）層。這就使電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不僅僅能夠支持80個(gè)I

nternet用戶(hù)的數據往復交換，而且能夠靈活地適應以不同速率傳輸的上行和下行數據。

二、數據信號傳輸技術(shù)

1、數字擴頻技術(shù)（SST）

　　在目前的實(shí)際應用中，為了實(shí)現用于家庭或經(jīng)濟產(chǎn)品上的通信與控制網(wǎng)絡(luò )，需要更為可靠的多用戶(hù)環(huán)境的PL通信技術(shù)，擴頻載波通信技術(shù)就應運而生了。

　　擴頻通信相對于窄帶通信而言具有一定技術(shù)上的優(yōu)勢，主要表現在抗干擾方面。因為擴頻載波信號的帶寬通常較大（幾十至幾百KHz），所以其受干擾的頻率范圍所占比例相對減小，換句話(huà)講，就是各種噪聲僅能影響到一小部分所要傳輸的信號，而大多數的信號都能夠完整、正確的到達目的地，所以對于各種類(lèi)型的干擾都具有較強的抵抗性。對于最常見(jiàn)的脈沖噪聲而言，盡管窄帶通信中的接收器具有較窄的通帶，使得僅有一小部分噪聲能進(jìn)入接收器，但由于此類(lèi)接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因素，瞬間的脈沖噪聲會(huì )使其發(fā)生自干擾，而引起它對傳輸來(lái)的信號產(chǎn)生誤操作；而使用低品質(zhì)因素的濾波器又會(huì )使通帶帶寬加大，令更多的噪聲進(jìn)入接收器，所以窄帶通信對脈沖噪聲的抵抗性較差。

　　然而利用擴頻技術(shù)，當接收到具有較大能量的噪聲信號時(shí)，接收器會(huì )在噪聲的高能部分到達時(shí)自動(dòng)停止工作，所以接收方僅對一小部分受影響的信號進(jìn)行糾錯解碼即可；另外，擴頻接收設備使用的濾波器具有較低的品質(zhì)因素，因而不會(huì )造成系統自干擾，所以擴頻技術(shù)具有較強的抗噪能力。

　　一般來(lái)講，目前實(shí)現擴頻有三種途徑：即直接序列調制、跳頻載波和利用Chirps掃描頻率進(jìn)行載波。

1） 直接序列調制（Direct-Sequence Modulation）

　　此技術(shù)是將信號的能量平均分布于整個(gè)頻帶內，并通過(guò)偽隨機序列將數據流倍加來(lái)使信號得以擴頻，此序列具有數倍于所傳信號二進(jìn)制數據位率的符號速率。

2） 跳頻載波（Frequency-Hopping）

　　即擴頻信號在某一頻率通過(guò)延續一段時(shí)間，來(lái)代表數據的一位、幾位或是一位的一部分。當信號在某一頻率上受到干擾時(shí)，信號就可切換到擴頻帶寬內的其他頻率上去，因而大大降低了其受干擾的程度，這種方法對于CW干擾有較強的抵抗性。

3） 利用掃描頻率的Chirps進(jìn)行載波

　　此方法多用于類(lèi)似于以太網(wǎng)的CSMA網(wǎng)絡(luò )，它利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體，每個(gè)chirps一般持續100 us，它代表了最基本的通信符號時(shí)間（UST）。這些chirps覆蓋了100-400 KHz的頻帶，并總是以200-400 Khz的頻率開(kāi)始，繼而以100-200 KHz的頻率結束。由于chirps信號的線(xiàn)性?huà)呙鑾挶刃盘枎捯蟮枚?，其線(xiàn)性加速度是較高的，而CW干擾的頻率加速度一般是穩定的，所以只要將濾波器設計成只能通過(guò)具有特定角加速度的信號，就可以將CW干擾排除在外。另外，此種chirps波形還具有很強的自相關(guān)特性，這種模糊邏輯的相關(guān)性決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò )上的設備，可以同時(shí)識別從網(wǎng)上任意設備發(fā)出的這種獨特波形，并且不需要在發(fā)送和接收設備間進(jìn)行同步。

　　電力線(xiàn)數字擴頻技術(shù)可以充分利用傳輸頻帶，實(shí)現寬帶高速數據傳輸。擴頻通信可以克服窄帶噪聲影響和多徑影響，因此非常適合電力線(xiàn)通信環(huán)境。 　　SST技術(shù)容易實(shí)現，自動(dòng)選擇高信噪比頻段，抵御瞬間干擾；但碼間干擾嚴重，需要非線(xiàn)形均衡器。

2、正交頻分多路復用技術(shù)（OFDM）

　　正交頻分多路復用技術(shù)采用多路窄帶正交子載波，同時(shí)傳輸多路數據，每路信號的碼元時(shí)間較長(cháng)，可以避免碼元間干擾。通過(guò)動(dòng)態(tài)選擇可用的子載波，該技術(shù)可以減少窄帶干擾和頻率谷點(diǎn)的影響。