第一章概述
1.1PLC技术应用的背景
智能电网以超越传统电网的发展概念，成为政府、企业、金融及电力行业关注的热点。智能电表是用于实现远程抄读电量和电能的智能化设备，而由其组成的自动抄表(AMR)系统是实现智能电网的重要环节。智能电表主要使用了以下几种技术来实现:电力线通信(PLC)技术、专用通信线路(如RS吐85总线技术等)以及无线通信技术等。而目前电力线通信技术是自动抄表的主流技术。回顾中国这十凡年来电力线载波通信的发展，有的技术方案没有充分的评估电力线载波通信的环境，也未经过研究分析和仿真验证以及现场实验就投入使用，还有一些技术方案则照搬用于无线通信的技术方案和某些在国外电力线上有效的电力线通信方案，结果在中国的电力线信道上应用的效果并不好。所以中国未必适用国外电力线_上的有效技术;电力线通信也未必能适用无线通信领域中有效的技术，因此我们不能机械地照搬这些技术或方案。
1.2PLC传输信道特点
低压配电网的通信信道和其他通信信道相似，会给信号带来幅度衰减和相位变化。由于该信道最初是用于电能传输的，所以电网上面所连接的各种设备都会对通信信一号带来不利的影响。
1.3PLC信道的输入阻抗分析
国家电网定义的智能抄表系统工作在低压供电网上，由于低压供电网是一个非常不稳定的传输信道介质，因此电力线的传输特点并不很适合数据传输。具体表现为噪声突出并且信号衰减非常的厉害。因为其网络上面连接的电器种类各异，导致了其输入阻抗的不同。电力线信道输入阻抗变化强度受到信号的频率和位置影响，其数值可能在几欧姆到几千欧姆之间变化。输入阻抗主要由导线的特征阻抗、电网的拓扑结构和接入的负载决定。在整个频谱范围内，输入阻抗的平均值大概在100一150Q之间。如果频率范围在ZMHz以下，输入阻抗大概为30一10OQ，表现为明显的降低。所以PLC信道中由于输入阻抗的变化会引起祸合不匹配的现像，大大的增加了传输的损耗。
1.4信道衰减特性分析
电力线上的信号衰减趋势是随着频率的增大而增大，并且频率越高传输线效应就越明显。PLC信道表现出了很强的时变性，对某一频率信号在1秒内的信道衰减变化可以达到ZOdB。信噪比在1秒内的变化可以达到IOdB左右。信道衰减包括了祸合衰减和线路衰减。线路衰减由多径传播造成的衰减和线路损耗以及线路延时造成。藕合衰减由电力线的阻抗和发射端和接收端不匹配造成。电力线上的信号传输不仅在发射机和接收机之间的直接信道中，其它有发射形成的路径也会发生。所以应该将电力线信道认为是具有频率选择性衰落的多径传输信道。表示路径上与反射和传输系数相关的权重因子。
第二章中国主流PLC一AMR产品比较论证
目前中国国内缺乏统一的PLC技术标准，这一方面是由于技术不成熟，一方面也由于目前对于未来智能电网在带宽、响应速度等方面的需求还不十分明确，这导致了国内市场目前并存着林林总总近十种互不兼容的PLC技术方案。
本文首先对目前已有的中国市场上主流PLC产品进行性能在实验室中进行了评测，评测的目的是为了对我们产品指标的设计提出重要的参考。本章共对7家PLC产品样品进行了调查和评估测试，产品列表见表2一1这7家产品覆盖了中国目前正在运行的97%以上的PLC一AMR系统的技术方案，因此代表着真正意义上中国pLC市场的主流产品水平。(本文采用代号来替代厂家产品名称)
由于电力线通信的特殊性一信道带220V高压电，无法使用普通设备直接测量，这使得PLC产品测试变成了一个很困难的事情。除此之外，在了解和比较不同尸LC产品方案时也同样会心存疑惑:一方面因为这些方案往往都宣称自己是最好的，而刻意隐瞒自己技术方案在某些方面所存在的不足;另一方面，目前市场上所存在的PLC一AMR解决方案彼此互不兼容，它们不仅速率不相同，采用的通信调制方式，使用的频带范围也往往不同，同时其参考设计的设备发射功率也不一样，这些因素就使得以往常用的测试手段:即基于一条或几条样本线路进行简单的“通/不通”传输评估实验流于武断和肤浅。归根到底，是由于缺乏一种量化的一致的用于评估l〕LC产品通信性能的标准。
为了对PLC产品进行可量化的一致的客观评估，就需要设计一个科学的测试方案，将发射功率、频带范围、传输时隙、速率这些因素排除(尽管产品频带范围，传输时隙这些因素并不是完全是设计者主观上选择，真实的电力线信道中的确存在着类似高频范围内衰减更大噪声更小的一般性规律，但山于这种因素的作用同样只是统计意义上的，而且既不可量化又不可控，我们仍然在这次测试中将频带，时隙的影响排除在外)。而得到一个产品性能的量化指标，这种指标与功率、频带范围等因素均无关，是产品性能的真正体现。为了进行这样的测试，本文搭建一个可观可控的实验环境，由于现实中的电力线信道噪声是一个外界所有用电设备产生的噪声的综合结果，是一个不可预测不可控制的噪声源，因此在实验环境中要尽量将外界噪声过滤掉，而使用可人工控制的噪声源进行测试。
第三章 基于"微包"传输技术..............................22-36
3.1 "微包"传输技术.............................. 22-23
3.2 基于"微包"的PLC收发机系统..............................23-25
3.3 基于"微包"的PLC同步系统 ..............................25-36
3.3.1 同步码调制.............................. 25-27
3.3.2 同步帧及系统信道时隙.............................. 27-28
3.3.3 载波同步.............................. 28-31
3.3.4 同步帧同步 ..............................31-36
3.3.4.1 同步帧比特同步算法.............................. 31-33
3.3.4.2 同步帧同步算法 ..............................33-36
第四章 PLC系统中同步系统仿.............................. 36-59
4.1 CFO/SFO/初始相位偏移.............................. 36-43
4.2 DPLL模块仿真.............................. 43-50
4.3 同步算法仿真.............................. 50-59
4.3.1 比特软判决.............................. 50-53
4.3.2 同步帧比特同步.............................. 53-55
4.3.3 同步帧同步 ..............................55-59
第五章 FPGA原型验证系统及测..............................59-70
5.1 原型验证系统简介.............................. 59-60
5.2 测试环境.............................. 60-67
5.2.1 线路特征.............................. 60-65
5.2.2 噪声源.............................. 65-67
5.3 通信性能测试结果.............................. 67-70
结论
本文使用了隔离变压器和电压滤波器对电力线上的噪声进行过滤，过滤前的电网噪声功率谱如图5一12所示，过滤后的电网噪声功率谱如图5一13所示。这里需要注意的是，电力线的噪声功率具有时变性，这两幅噪声功率谱取自1月23日凌晨1点左右，并不代表实验系统中任意时刻的噪声水平都是如此，而仅仅是为了展示隔离变压器配合电源滤波器在过滤噪声方面所起的作用。
针对该系统架构，本文详细分析了其同步部分的工作原理，然后利用仿真工具对其同步算法进行了大量仿真，最终给出了工程实现的关键参数。并且在一个FPGA硬件平台上实现了该通信系统的硬件部分，在实验室条件下进行了实际测试，并与市场上己有载波通信芯片进行了对比试验，确定了本文描述的电力线载波通信系统的有效性与优越性。
本文描述的载波通信系统将全部集成于一个SoC芯片内，针对中国未来的智能电网发展，具有很大的实用价值与商业价值。