http://www.paper.edu.cn基于直序扩频的电力线载波通信系统设计杨杰，张建飞武汉理工大学信息工程学院，武汉（430063）E-mail：Jfz-82@163.com摘要:本文介绍了扩频通信原理,针对低压电力线背景噪声大、信号衰减大的缺点,提出了将DPSK直序扩频应用于电力载波通信系统的思想并完成了总体方案的设计,并介绍了调制解调芯片PL3105的结构及其在本系统中的工作原理。关键词:DPSK直序扩频；电力线载波通信；PL3105中图分类号:TN913161.引言低压配电网(Low-Voltagenetwork)是一个用户最多、分布最广、用户最必不可少的动力能源传输网络.电力线通信是低压配电网特有的一种通信方式,也是一个日益被看好的、将来可以随时使用的高速数字通信网络[1]。近年来,基于载波通信的远程数字抄表系统发展迅速,电力线载波抄表系统利用已有密集的电网,不必重新架设线路,而且电力线不占用现有的频谱资源,因而这种通信方式比其他通信方式具有明显的优势。然而,低压配电网负载非常复杂,各类噪声丰富,信道质量恶劣,通信环境变化剧烈,如何适应低压配电网通信环境,已经成为国内外许多专家和企业研究的热点.针对低压配电网的特点，本文提出了将DPSK直序扩频应用于电力载波通信系统的思想并完成了总体方案的设计。2.电力线扩频载波通信根据香农定理,在信道容量一定时,增加带宽可以以较低的信噪比获取可靠的数据传输,这就是采用基于DPSK直序扩频方式抑制干扰的理论依据。扩展频谱技术是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。扩展频谱技术的理论基础是信息论中的香农定理:SCw=+log2(1)N其中:C为信道容量(比特/秒);N为噪声功率;W为信号带宽(Hz);S为信号功率,当S/N很小(≤0.1)时得到:CNW=.1.44S在无差错传输的信息速率C不变时,如果S/N很小,则必须使用足够大的带宽W来传输信号。这就是说,增加信号带宽可以降低对信噪比的要求,这正是扩频通信的理论依据。直接序列扩频就是用比信息速率高很多倍的伪随机序列(PN)与信号相乘来达到扩展信号的带宽。在发送端先对信号进行扩频再进行DPSK调制,扩频载波信号经过功率放大之后耦合到电力线上进行传输。在接收端DPSK解调后用与发送端同步的本地PN序列解扩即可恢复信号[2]。在本文讨论的通信方案中采用的扩频芯片PL3105就是采用了直序扩频技术.3.直接序列扩频通信芯片PL3105PL3105是为面向未来的开放式自动抄表，智能信息家电以及远程监控系统而设计的单芯片片上系统(SoC)，内嵌与8051指令兼容的高速微处理器，软件易于开发；内嵌的载波通-1-http://www.paper.edu.cn信控制单元使其具备了在低压电力线上组网远程通信的强大功能；可以通过配置寄存器来实现对载波通信的控制，接口方便；扩频通信单元具有强抗带内同频干扰能力、灵敏度高的优点；集成了完善的电压监测上电掉电复位看门狗电路，确保了工业环境下运行时系统的可靠性[3]。3.1PL3105的内部结构和特点PL3105内嵌一个高速CPU，其指令周期为1T，即一个指令周期为一个机器周期。而它的资源（如串口、定时器等）是严格的1T，这与8051一样。PL3105的外部时钟（主时钟）在经过时钟模块后一分为二。其中一路经过2分频后得到的fosc提供给CPU和相应的资源模块（除载波和ISP以外的资源模块）。而另一路直接供给载波和ISP模块。由于载波模块的限定，在使用载波通讯功能的系统中。其主频晶振只能用9.6MHz，如果不用载波通讯功能，其主频晶振可达到16MHz。PL3105结构框图如图(1)所示[3]：图1PL3105结构框图4.基于PL3105的硬件设计电力线载波通信所需的直接序列扩频调制电路已在PL3105芯片内集成，外围的配置电路主要包括功率放大电路、滤波整形电路、谐振电路及二次滤波电路。4.1功率放大电路功率放大电路是用来将PL3105芯片产生的载波调制信号进行功率放大后耦合到电力线上。功率放大电路如图(2)所示，载波功能被使能后，载波信号由PSK_OUT输出，波形为-2-http://www.paper.edu.cn图2功率放大电路0～5V的方波，包含丰富的谐波；经过推挽电路进行功率放大后，PSK_OUT点的方波信号被放大为Q1点信号。电路中D5、D6起钳位作用、吸收低压电力线上的尖峰干扰。载波发射功率的大小与VHH电源幅值的高低以及电源电流提供能力有关，在一定范围内提高电源幅值、增大电源功率，可以有效地加大发射功率、从而延长通信