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下一代nb-plc技术标准化部署方案

Bilal Masood n, Sobia Baig 贝格大学电气工程系

目录

1. 简介

2. 电力线通信的意义

2.1 下一代nb-plc技术概述

2.1.1 PRIME：ITU-T G.990

2.1.2 G3：ITU-T g.9903

2.1.3 IEEE 190

3. ITU-T g.9903，ITU-T G.9904和IEEE 1901.2比较

3.1 RITU-T g.9903郊游策略

3.2 ITU-T G.9904路由策略

3.3 路由策略的IEEE 1901.2

4. 对于nb-plc系统芯片和解决方案

4.1 上一代电路

4.1.1 as5501 / 02解决方案

4.1.2 amis-49587解决方案

4.1.3 ST7538 / 40解决方案

4.1.4 tda5051解决方案

4.2 下一代电路

4.2.1 st7570解决方案

4.2.2 st7580解决方案

4.2.3 st7590解决方案

4.2.4 it700解决方案

4.2.5 it900 DCSK Turbo解决方案

4.2.6 linksprite Spyder的解决方案

4.2.7 max2992解决方案

5. PLC的研究项目

5.1 统计建模

5.1.1 由于反射衰减ONS

5.1.2 在线路衰减

5.1.3 由于距离延迟

5.2 确定性建模

5.3 参数化建模

5.4 模拟和现场测量建模

6. 未来的发展方向

7. 结论

1. 简介

如今，电网基础设施已经将近100岁，其分层部件和设备已经快到达它们的使用寿命。然而，随着时间的推移，电力需求正在逐渐增长。在美国（美国），根据一项美国能源部的报告显示，电力需求已经增加2.5%。现有的电网基础设施结构已经过时，因此不适合于满足二十一世纪的电网的需求。它缺乏自动监控系统、可视性差、机械开关的低响应时间，不仅如此，这是严重缺乏对参考信息和通信技术（ICT）的反应。分布式发电（DG）的概念以及发电的非集中化已经出现在过去的几年中。最新技术纳入了可再生能源系统（RES）和不断增长的ICT基础设施增加了一个典型的复杂性系统[ 3 ]。电力系统需要从典型电网转换为智能电网（SG），让其取代旧的单向能量和信息的双向功率流和信息流基于网格基础设施。这种挑战可以通过引入AMI解决，可以促进ICT在SG的应用 [4,5]。据认为，AMI是由一组异构网络支持，没有任何单一的技术解决方案[ 6 ]。在选择的多元化，电力线通信（PLC）是一个聪明和优秀的选择对于未来AMI。PLC有几个好处，从传输到配电网，其中一些如下[ 7 ]：

1、在保护和实用程序对应的冗余通信信道可以提供冗余PLC网络控制。

2、PLC收发器可以被设计作为一种现代的一种有效的传感单元。

3、在分组交换公用网络，PLC提供了智能电子设备（IED）和控制器之间的直接通信。

4、当国家调控电信网络市场，PLC提供了一种通信路径的完全控制的公用事业公司提供成本有效的解决方案。

5、PLC具有多种超窄的技术宽带、窄带和宽带PLC，从输电配电网到家庭自动化。

PLC在SG最重要和最广泛使用的功能是AMI是用来从电力终端消费领域和电器设备[8,9].获取通知。AMI是一个和多种技术通过一二路通信系统之间的一个U安全公司和智能电表体系结构相结合的电力系统。一个高效的AMI可以证明是走向实用和快速实现SG的重大技术。在客户参与的背景下，它已被观察到这种智能电表是电力系统整体优化的关键构建块。未来AMI是图1 [10,11]所示，它定义了AMI的驱动力、功能及其特点。

本文的目的是突出在AMI nb-plc语境意义。虽然一长串的无线和有线通信竞争对手的技术都可以在文献中找到，但它认为，PLC可以被证明是一个更可行的AMI和SG的应用解决方案。本文详细讨论了PLC的分类及其与其他有线和无线图1比较。一个国家的最先进的下一代基于OFDM的PLC标准，包括PRIME、G3 PLC和IEEE 1901.2及其对比分析。Nb的芯片和解决方案PLC系统通过审核调查过去和下一代的电路，有见地的分析可以提供的解决方案进行实施。还有重要的一个是，另一个显著区域的研究是目前由PLC及各种类型的技术的研究项目，是一种对信道建模利用学术界资助的情感基础石PLC系统的部署。

本文分为7个部分。第2部分阐述了通过PLC提供下一代nb-plc技术的意义。第3部分介绍了ITU-T G.9904，g.9903 ITU-T和IEEE 1901.2标准技术的比较分析。第4节讨论商用nb-plc解决方案。第5节说了PLC项目随着PLC信道建模部署在学术界的情况。最后，第6部分指的是遵循结论未来的发展方向，下一代nb-plc技术。

2. 电力线通信技术的意义

PLC技术已被电力公司用来提供消费者喜欢在全球远程监控应用服务。PLC的最重要的优点是，它提供了低于500千赫较低衰减频率。然而，存在更高的衰减值，其报告的频率位置大于1 MHz，主要发生在电容耦合之间的电缆/导线和地面/地球。因此，衰减的频率定义为观测值低 nb-plc，相比bb-plc，允许信号长距离旅行。此外，由于欧洲的专用频段，如CENELEC-A，为控制专用的监控和能量低电压设备，利用连接Y（LV）的分配制度，在消费者端的设备不共享相同的频带。根据国际电工委员会（IEC）给出的规格61334，最详尽的PLC技术部署AMI是频移键控（FSK）为基础的技术，允许数据速率高达几kbps [ 13 ]。在目前的技术之中，几个亿的FSK智能表安装在世界各地，特别是在中国和欧洲。

还有许多其他的通信技术，它们选择取决于ON的要求及应用类型[ 14–16 ] 。通信技术可分为两种类型，有线（固网）通信技术和无线通信技术。有线和无线通信技术的优劣取决于技术的选择。

虽然PLC技术拥有许多的特点和优势，但它与其他现代通信技术一样，仍然面临着许多挑战。即将到来的部分CENELEC EN 50065是对于NB-PLC操作最流畅以及可提供世界范围内最佳性能的存在。

2.1 频谱的频带分配给下一代nb-plc技术的概述

nbplc信号分为惯性导航与制导.CENELEC EN 50065是欧洲标准的频率范围从3到148.5千赫，为nb-plc [ 19 ]。参考其利用带，它进一步分为CENELEC A，B，C和D。ceneleca带的限制，致力于控制和低压配电系统监控程序，而cenelec-b和D频段是电力消费者无限制的带。CENELECC频段分配给消费者和介质访问协议（MAC）。图4阐明CENELEC EN 50065波段在智能电网的应用 [20 ]。因此，CENELEC带利用率限制控制和配电系统的监测和低数据速率的通信提供了可靠性。因此，研究人员将注意力集中到新标准和技术的制定。OFDM通信技术nb-plc标准似乎是一个有吸引力的选择,下一代基于OFDM的PLC标准如PRIME、G3和IEEE 1901.2将在接下来的部分进行讨论。

2.1.1 PRIME：ITU-T G.9904

智能计量公司的数据速率需求增加加速了nb-plc标准重建。本文中的第一次努力是由PRIME Alliance公司2007年在西班牙分布系统运行商（DSO）的帮助下完成的，PRIME Alliance公司是运营商（DSO）的创始成员之一。PRIME的第一个PLC协议在2012年10月被接受，在2013年2月在网上[ 21 ]发表。当时主要是基于OFDM的nb-plc方案。PRIME提出nb-plc利用没有明确的错误方向（FEC）CENELEC带正解正交高达128 kbps的频分复用（OFDM）和高达61.4 kbps的FEC。选择的标准取决于电力线信道的噪声水平。在目前情况下，PRIME：ITU-T G.9904在葡萄牙，西班牙，英国被特别推出。

PRIME支持如下网络层；iec6134-4-32，IPv4或IPv6的调制方案；二进制相移键控（DBPSK）、差分正交相移键控（DQPSK）和八进制差分相移键控（d8psk）。PRIME目前的德克萨斯仪器公司介绍的认证解决方案是：钜泉光电、ATMEL、凤凰系统，大筒木因陀罗，STMicrocontrollers，智能电网可以在[ 22 ]。T他主要的发射机方案如图5所示。

2.1.2 g.9903 G3-PLC

ITU-T G3联盟的倡议是由十二家DSO欧洲区域发展基金公司（ERDF）在2011的主要资助的。第一次G3 PLC协议公认是在2014年2月发表，在2014年4月上线。ITU-T定义了nb-plc基于OFDM的 g.9903，数据传输速率高达46 kbps，FEC强制为CENELEC-A波段234 kbps产生催化裂化。G3-PLC设计的目标和规范参考提供的主要规格。设计师的焦点是以实现强大的物理（PHY）代替GE模式高数据率为的目。为此，采用随着强大的调制（Robo）开发的级联编码即G3、卷积和Reed Solomon重复编码技术。

基于IEEE 802.15.4与IPv6协议存在的MAC层标准是适配层支持IP版本的低功耗无线个人区域网络并且已被使用。美国、日本ARIB纽带和其他世界各地国家对于FCC带L波段计划在不断增加。G3支持二进制相移键控（BPSK），正交相移键控（QPSK），DBPSK，DQPSK，d8psk和16进制正交幅度调制（16QAM）的调制方案。G3 1047的解决方案是德克萨斯的乐器，Reneses、ATMEL、STMicrocontrollers、集成在[ 24 ]，G3 PLC还采用OFDM调制的收发频率范围34–90千赫。不像PRIME，G3采用正频率只有。当谱转化我传送到时间域的唯一真正的部分频谱。为了避免突发错误产生符号爆裂倾向，使用了交织器，G3-PLC发送器的方案如图6所示。

2.1.3 IEEE 1901.2

从2010开始，一个新的基于OFDM的nb-plc标准正在努力开创，PLC技术[ 25 ]随着IEEE通信学会由产业强走向先进NB的赞助商。IEEE 1901.2第一个PLC协议在1013年10月被接受，在2013年12月出版。只有PHY层和MAC层是在IEEE 1901.2标准中指定的，这一标准基于G3-PLC。认证、进程和启动都不指定它的特征。并且支持IPv6的网络层与带计划CENELEC、CENELEC B、ARIB和FCC。具体IED数据速率能达到46 kbps标准CENELEC带和高达234 kbps的催化裂化。负载调制技术包括DBPSK，DQPSK，d8psk，BPSK，QPSK、8PSK和16QAM。信息在通信使用范围可以在10到490千赫的频带范围。该收发器工作在IEEE 1901.2的标准配置可按图4配。最初的发射方案要求的物理层信号可以传输根据计划，即FCC和CENELEC带。IEEE 1901.2发射机方案如图7所示。有许多nb-plc AMI在新加坡的所有电压等级的输电Ines的应用。对nb-plc LV的突出功能，中压和高压输电线路在图8显示。

3. ITU-T g.9903比较，ITU-T G.9904和IEEE 1901.2标准g.9903，

ITU-T G.9904和IEEE 191.2是在同一时间发布的，在技术上很相似，特别是IEEE 1901.2和g.9903，对方却不同。在这三种技术具有相似性，所以有可能造成混乱，使得技术选择过程更加复杂。世界上的许多国家都集中精力进行国际g.9903、ITU-T G.9904和IEEE 1901.2的开发和部署，。很多这方面的试点和重大开发项目已经启动和执行。西班牙已经部署了大约500万的主要基于智能电表。同样，日本安装了TENS的智能电表，到2016年初法国有望部署大量的智能电表，波兰基于G3大规模部署了Luxemburg智能电表。

3.1 ITU-T g.9903的路由策略

ITU-T G.9903有一个基于OSI第2层的称为LOADng的路由反应协议。ITU-T G.9903属于特设按需距离矢量的家庭[ 26 ]。由于其反应特性，一旦被创建，它将继续交换信息，直到路线过期或失效。在邻近链路不可用的情况下，第一种选择路由的建立，在局部修复失败的情况下，一个完整的新的路线是从建立ST该点到目的地。LOADng也有能力处理常用的单向PLC链接。虽然，ITU-TG.9903有一个默认算法，如LOADing，但它可以停用以激活其他路由二层算法。

3.2 路由策略IES的ITU-T G.9904

ITU-T G.9904纳入自己的第2层路由算法是主动与拓扑。在该算法中，协调器节点的角色分配基站节点，而其余的设备将服务节点发挥作用。如果它适用于基站节点将数据发送到其他节点和从其他节点的子网接收数据每个服务节点的转换从终端开关的作用，反之亦然。基地的ITU-T G.9904网络

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