可编程控制器技术纵深解析

一、PLC技术要素

1. 电力线网络单元（PNU）

　　它负责控制电力线网络并从单元配电网集成话务。通过适当的电信干线接口，PNU再将话务传至馈电网络。根据馈电网络中使用的不同介质，PNU也可转换来自低压配电网的数据话务。

2. 电源线网络终端（PNT）

　　它为最终用户PC或其它用户提供适当的接口，如以太网或是USB。为了降低成本，这一独立设备能够和PC或其它设备相集成。

3. 偶合设备（CouplingUnit）

　　它是将信号传入线路并过滤噪音的。目前它还是一个插销插入电插座的相对独立的设备，今后它可能会和PLC调制解调器集成于一体。PLC调制解调器和PC内的偶合设备的集合体有一天将使PC可以直接在网上运行。

　　配电网是一种共享介质，即所有与之相连的用户都共享同一电缆。在典型的城市配置中，它则转化为与一个变压器相连的大约100到200个用户。PLC系统能够在1Mbps的最佳传输速率下支持80个用户，这一比例是足够的。由PLC技术支持的客户，需要具备一个技术条件，具有很强的带宽分配能力的介质接入控制（MAC）层。这就使电力线网络不仅仅能够支持80个I

nternet用户的数据往复交换，而且能够灵活地适应以不同速率传输的上行和下行数据。

二、数据信号传输技术

1、数字扩频技术（SST）

　　在目前的实际应用中，为了实现用于家庭或经济产品上的通信与控制网络，需要更为可靠的多用户环境的PL通信技术，扩频载波通信技术就应运而生了。

　　扩频通信相对于窄带通信而言具有一定技术上的优势，主要表现在抗干扰方面。因为扩频载波信号的带宽通常较大（几十至几百KHz），所以其受干扰的频率范围所占比例相对减小，换句话讲，就是各种噪声仅能影响到一小部分所要传输的信号，而大多数的信号都能够完整、正确的到达目的地，所以对于各种类型的干扰都具有较强的抵抗性。对于最常见的脉冲噪声而言，尽管窄带通信中的接收器具有较窄的通带，使得仅有一小部分噪声能进入接收器，但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因素，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰，而引起它对传输来的信号产生误操作；而使用低品质因素的滤波器又会使通带带宽加大，令更多的噪声进入接收器，所以窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。

　　然而利用扩频技术，当接收到具有较大能量的噪声信号时，接收器会在噪声的高能部分到达时自动停止工作，所以接收方仅对一小部分受影响的信号进行纠错解码即可；另外，扩频接收设备使用的滤波器具有较低的品质因素，因而不会造成系统自干扰，所以扩频技术具有较强的抗噪能力。

　　一般来讲，目前实现扩频有三种途径：即直接序列调制、跳频载波和利用Chirps扫描频率进行载波。

1） 直接序列调制（Direct-Sequence Modulation）

　　此技术是将信号的能量平均分布于整个频带内，并通过伪随机序列将数据流倍加来使信号得以扩频，此序列具有数倍于所传信号二进制数据位率的符号速率。

2） 跳频载波（Frequency-Hopping）

　　即扩频信号在某一频率通过延续一段时间，来代表数据的一位、几位或是一位的一部分。当信号在某一频率上受到干扰时，信号就可切换到扩频带宽内的其他频率上去，因而大大降低了其受干扰的程度，这种方法对于CW干扰有较强的抵抗性。

3） 利用扫描频率的Chirps进行载波

　　此方法多用于类似于以太网的CSMA网络，它利用一系列短促的、可自同步的扫描频率chirps作为载体，每个chirps一般持续100 us，它代表了最基本的通信符号时间（UST）。这些chirps覆盖了100-400 KHz的频带，并总是以200-400 Khz的频率开始，继而以100-200 KHz的频率结束。由于chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度是较高的，而CW干扰的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将CW干扰排除在外。另外，此种chirps波形还具有很强的自相关特性，这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备，可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形，并且不需要在发送和接收设备间进行同步。

　　电力线数字扩频技术可以充分利用传输频带，实现宽带高速数据传输。扩频通信可以克服窄带噪声影响和多径影响，因此非常适合电力线通信环境。 　　SST技术容易实现，自动选择高信噪比频段，抵御瞬间干扰；但码间干扰严重，需要非线形均衡器。

2、正交频分多路复用技术（OFDM）

　　正交频分多路复用技术采用多路窄带正交子载波，同时传输多路数据，每路信号的码元时间较长，可以避免码元间干扰。通过动态选择可用的子载波，该技术可以减少窄带干扰和频率谷点的影响。