电力线载波通信标准 PRIME 和 G3- PLC 的研究.pdf
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1、第 5 l卷第 1 3期 2 0 1 4年7月 l 0日 电测与仪表 Ei e c t r i c a l M e a s ur e m e n t& I n s t r u m e n t a t i o n VO 1 5 1 No 1 3 J u 1 1 3。 2 0 1 4 电力线载波通信标 准 P R I ME和 G 3一P L C的研 究 尹建丰 , 丁文伯 , 魏华义 , 朱德省 , 蔡宇 , 高镇 ( 1 江苏林洋电子股份有限公司, 江苏 启东2 2 6 2 0 0 ; 2 清华大学电子工程系数字0 z q - 心 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要: 电力线载波( P L
2、C ) 通信是电力系统特有的基本通信方式。通过对当今世界上基于 O F D M的两种载波通 信标准 P R I M E和 G 3一P L C进行研究 , 主要分析了二者物理层的处理过程 , 并 比较 了其异 同点 , 进而对两个标 准的通信性能进行了对比。最后, 对符合两个标准的载波方案进行了实际测试, 并得出了实验结果。对不同电 力线环境下载波标准的选取具有一定的参考意义 。 关键词: 电力线载波通信 ; O F D M; P R I ME; G 3一P L C 中图分类号: T M 9 3 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 11 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 1 3
3、0 0 3 7 0 5 Re s e a r c h o n PLC Co m mu ni c a t i o n S t a n da r d s PRI M E a n d G3一PLC YI N J i a nf e n g ,D I N G We nb o , W EI Hu ay i ,ZHU Des h e n g ,CAI Yu ,GAO Zh e n ( 1 J i a n g s u L i n y a n g E l e c t r o n i c s C o ,L t d , Q i d o n g 2 2 6 2 0 0 , J i a n g s u ,C h i n
4、 a 2 D i g i t a l T e l e v i s i o n C e n t e r ,D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g o f T s i n g h u a U n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 8 4 , C h i n a ) Ab s t r a c t : P o w e r l i n e c a r r i e r( P L C)c o mm u n i c a t i o n i s t h e s p e c i
5、 fi c c o mm u n i c a t i o n m o d e i n e l e c t r i c s y s t e m T h r o u g h t h e r e s e a r c h e s o n P RI ME a n d G 3 P L C wh i c h a r e t h e ma i n OF DM b a s e d c a r r i e r c o mmu n i c a t i o n s t a n d a r d s n o w a d a y s ,t h e p r o c e s s i n g p r o c e d u r e
6、s o f t h e t wo s t a n d a r d s i n p h y s i c a l l a y e r a r e a n a l y z e d a n d t h e i r s i mi l a r i t i e s a n d di f f e r - e n c e s a r e c o mpa r e d,S O a s t o ma k e a d e e p c o mp a r i s o n o n t h e i r c o mmu n i c a t i o n p e r f o r ma n c e Fi na l l y,a c t
7、u a l t e s t s a r e p e r f o r me d b a s e d o n c a r r i e r s c h e me s t h a t a c c o r d wi t h PRI ME a n d G3一PLCTh e r e s u l t s p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r t he s e l e c t i o n o f PLC c o mmu n i c a t i o n s t a n d a r d s i n d i f f e r e n t po we r l i n e e n
8、v i r o n me n t s Ke y wo r d s: p o we r l i n e c a r r i e r c o mmu n i c a t i o n,OFDM ,PRI ME,G3一PLC 0 引 言 电力线载波( P L C ) 通信是指利用现有的输电线或 配电线作为信号传输媒介的一种通信方式 。由于 其具有覆盖范围广 、 无需专门布线等优点 , 正成为一种 非常有吸引力 的通信方式。P L C技术可 以分为窄带 P L C和宽带 P L C, 其中, 窄带 P L C使用的带宽通常为几 十 k H z , 且频段一般位于 5 0 0 k H z以下 , 可应用于
9、 自动 抄表、 配用电自动化 、 智能家电控制等方面。 当前 , 基于 O F D M窄带 P L C的标 准主要是 G 3一 P L C和 P R I ME, 其 中, G 3一P L C标 准 由美 信 公 司 ( Ma x i m I n t e g r a t e d ) 和法 国电力 公用 事业公 司 ( E R D F ) 共 同开发, 而 P R I ME标 准 由 P R I ME联盟推 出, 该联盟包含了 3 0多个 由供电公 司、 电表厂家和 晶片 供应商组成的成员。 本文通过对两个 P L C标准物理层处理过程 的研 究 , 分析了二者各 自的处理过程 , 对其异 同点做
10、 了比 较 , 进而从理论上对两个标 准的通信性 能进行 了对 比, 并最终通过对产品的测试 , 对 比了其在不同电力 线环境下的实际通信性能 。 1 G 3一P L C和 P R I ME标准的共同点 ( 1 ) 两个标准均位于 C E N E L E C A频带 j 。 ( 2 ) 二者都进行了扰码器和卷积编码器处理, 并 且其采用 的扰码 器 和卷积编码 器 的结构都 是一致 的。扰码器 的生成多项式都是 S ( )= + +1 , 卷 积编码器采用的都是编码效率为 1 2的卷积码 。 ( 3 ) 二者都采用加循环前缀 ( C P ) 的方式抗符号 间干扰 ( I S I ) 和码 间干
11、扰 ( I C I ) , 其 物理层 ( P h y s i c a l L a y e r ) 发射机框图分别如图 1和图2所示 。 ( 4 ) 二者数 据映射方式都 是采用 的差分 移相键 控( D P S K) 。 ( 5 ) 二者均采用 O F D M调制方式 , 来实现数据的 高速率和可靠传输 。 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 1 3期 2 0 1 4年7月 1 O日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e n t& I n s t r u me n t at i o n V0 1
12、 5 1 No 1 3 J u 1 1 3。 2 0 1 4 2 G 3一P L C和 P R I ME标准的区别 G 3一P L C和 P R I ME标准 的主要 区别是 前 向纠 错( F E C ) 方式不同、 D P S K的方式不同、 功率谱密度 不同和前导不同, 二者的采样频率 、 采样间隔、 F F T点 数 , 最高传输速率等具体参数区别见表 1 。 表 1 G 3一P L C和 P R I M E标准参数对比 Ta b 1 Co mpa r i s o n s o f G3 一PLC a nd P RI ME pa r a me t e r s 参 数 G 3一P L C
13、P R I ME 工作 频率 采样频率 F F 丁点数 循环前缀点数 采样间隔 加窗 有用子载波数 最高传输速率 F E C编码 交织方式 映射方式 3 5 9 3 89 0 6 2 5 k HZ 41 9 9 2 8 8 8 6 7k HZ 4 0 0k Hz 2 5 0 5 【 Hz 2 5 6 5l 2 3 0 4 8 1 5 6 2 5k Hz 4 8 8Hz 有 没有 3 6 9 7 3 3 4Kb p s 1 2 8 6Kb p s R S编码 、 卷积码 、 R C编码 卷积码 按帧交织 按 O F DM符号交织 D B P S K D QP S K D B P S K D Q
14、P S K D 8 P S K 2 1 F E C的 区别 参照图 1 和图2中 G 3一 P L C和 P R I M E标准的 F E C编码器 ( 虚线框 内) 可知 , G 3一P L C F E C编码器 包括扰码器 、 R S编码器 、 卷积编码器 、 重复编码器、 交织器等; P R I ME F E C编码器包括 C R C编码器 、 卷 积编码器 、 扰码器 、 交织器等。 两者不同的是 G 3一P L C标准是先经过加扰处理 再进行卷积编码 , 而 P R I M E标准则相 反。G 3一P L C 标准的 F E C编码不包括 C R C编码 , 但其采用了 Rs 编码作
15、为外码 , 用 以纠正随机符号错误和 随机 突发 错误 , 并且以卷积码为 内码 , 采用二者级联编码 的方 式在降低译码复杂度 的同时, 又能够提供很 高的数 据可靠性, 但同时, R S 码的引入, 使得数据的冗余 信息较大 , 对信号传输速率会产生一定的影响 , 同时 会增加系统 的计算复杂度。另外 , G 3一P L C标准在 R o b u s t 模式下 , F E C编码器还包含一个重复编码器 , 其把每个信息 比特重复编码 4次 , 使 系统更可靠 , 抗 干扰能力更强 , 但是 , 这也使系统 的吞吐量大约减少 到 1 4 。P R I ME标准和 G 3一P L C标准都采
16、用了交织 技术来应对电力线信道的频率选择性衰落和时间选 择性衰落。P R I ME标 准采用 的是块交织 , 交织块 的 大小被限定在一个 O F D M符号 内所对应 的编码 比特 数 , 而 G 3一P L C标准采用的块交织 的范 围却 是对应 一 帧数据的编码 比特数 , 所 以 G 3一P L C标 准的交织 块的大小是随着数字信息或是物理层工作模 式和选 择的符号数的变化而变化 的, G 3一P L C标准交织块 较大, 交织深度大 , 因此引入 的时延也大 , 但 同时, 其 抗短期干扰的能力也 比 P R I ME强 。另外 , P R I ME标 准的交织块和工作模式无关 ,
17、 大小是固定 的 , 有一个 固定 的交织表对应 , 便于硬件实现。 图 1 G 3一P L C标准物理层发射机框 图 Fi g 1 Di a g r a m o f G3一P LC p h y s i c a l l a y e r t r a n s mi t t e r 一 一一 一一 t 图 2 P R I ME标 准 物理层 发射 机框 图 Fi g 2 Di a g r a m o f PRI ME p h y s i c a l l a y e r t r a n s mi t t e r 电力钱 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 l
18、 3期 2 0 1 4年7月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i e a l Me a s ur e me n t I n s t r u me n t a t i o n V0 I 5 1 NO 1 3 J u 1 1 3。 2 0 1 4 2 2 前导序列的区别 G 3一P L C标准中的前导序列( P r e a m b l e ) 主要被用 作 O F D M系统的帧同步、 符号定时同步、 频偏估计、 信 道估计等 。同步是利用前导 良好 的 自相关特性 。 G 3一 P L C中, P符号的自相关特性如图3所示。 1 0 O 0 0 - 0 一 图3 G 3一P L C标
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