典型数字家庭设计实例集锦(二)

　　摘要：分析了电力载波数据通信的特点，介绍了几种典型的电力载波芯片，提出了一个基于电力线的数字家庭实现方案。

　　关键词：电力线　电力线载波　数字家庭

　　信息时代的来临，使信息家电日益受到市场和厂家的关注。伴随着网络技术的发展与迅速普及，人们的生活方式正在发生深刻的变化。所谓数字家庭的概念和现实需求正渐渐向我们走来。

　　数字家庭作为一个动态过程，应该包含三方面的内容：（1）信息产品的家电化，如机顶盒、web游戏机、web电视、web电话，还有掌上电脑、手持PC、可穿戴PC等所有能通过网络系统交互信息的消费类电子产品；（2）传统家电的数字化和网络化，如电冰箱、洗衣机、微波炉等植入数字网络技术，使之工作于家庭网络环境的基础上；（3）基于家庭网络环境开发出的新的应用模式。

　　数字家庭的实现面临着两方面的问题：（1）家庭信息需求的具体化，即数字家庭的概念模型到实际模型，国内外都进行了一些有益的探索；（2）技术解决方案，包括网络接入方案和设备互连方案。蓝牙技术为设备间的无线互联提供了一种理想的解决方案。由于价格上的原因，该技术的普及还有一些困难。居家所固有的低压电力线布线结构为实现设备的数字互连提供了一种潜在的可能。本文试图对电力线数据传输的特点进行分析，介绍几种现有的电力线载波芯片，并提出一种基于电力线布线结构的数字家庭实现方案。

　　1 电力线数据传输的特点

　　本文所指电力线是指用户端低压电力配线网，其主要功能是传输50Hz的工频电能。利用电力线实现数据传输即采用电力线载波技术。由于电力线本身不是为通信设计的，因此其特性在很多方面难以直接满足载波通信的要求。从通信角度来说电力线对数据传输还有一系列技术上的难点，其主要特点如下：

　　（1）配电变压器对电力载波信号的阻隔。配电变压器主要实现50Hz工频电能的变换，因此对高频电力载波信号起阻断作用。这使得电力载波数据传输的范围受到一定的限制。通常只能在一个配电变压器范围内或更小的范围内传送。

　　（2）三相电力线间有效信号的损失（10dB~30dB）。由于信号跨越相线时要与配电变压器的副边发生关联，必然引入衰减。对于近距离，不同相之间或许可以收到信号。但是距离一远就比较困难了。这是对电力载波传输范围的又一个限制因素。通常电力载波信号只能在单相电力线上传输。

　　（3）电力线本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50Hz和60Hz，则周期为20ms和16.7ms。在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100Hz或120Hz脉冲干扰，干扰时间约2ms。固定干扰必须加以处理。有一种利用波形过零点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又较长，难以应用。

　　（4）电力负载对载波信号衰减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1Ω以下，造成对载波信号的高衰减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输几公里；但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，只有进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求。提高载波信号功率会增加产品成本和体积，而且，单一提高载波信号功率并不是有效的方法。

　　（5）电力设备产生的噪声干扰。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的，有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，会给电力线带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用藕合电感从电力线藕合下来的噪声一般在10mV以上，而一般传输的数据信号会削减到1mV，如不采用电力线专用modem芯片来解调数据信号，通讯距离会相当短。

　　（6）电力线引起数据信号畸变。电力线网本身是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响是不一样的，同时电力线时刻动态变化，不同时间对数据信号影响也不一样，这就使发出的规则数据信号经过电力线后，严重变形、参差不齐，必须加以特殊处理。

基于以上六个特点，电力线作为数据信号的传输介质不是特别理想。进入20世纪90年代以后，随着通信技术的发展，电力线载波技术已经获得了重大突破。1997年10月，英国联合电力公司的通信子公司Norweb公司与加拿大Nortel公司联合宣布已经解决了电力抗干扰等问题。1998年夏天，Norweb 公司已为英格兰西北部的2000个居民和商业用户提供通过电力线的因特网服务，速率达到了1Mbps，比现行的ISDN高10倍。1999年3月11日，德国RWE能源股份有限公司和瑞士Ascom公司在德国莱锡林根向公众展示利用电力网线传送电话和数据的技术，用户通过低压