摘 要：简介国际主流家庭网络技术的基础上，综述了低压电力线载波通讯中信号传输特性的研究成果。在此基础上，分别阐述了基于x－10协议的载波通讯技术，基于ce－bus协议的线性调频扩频技术的原理，并据此设计了相应的滤波电路和通讯模块。
　　关键词：载波通讯；扩频通讯；x－10家庭网络协议；消费总线cebus；低压电力线

1 引言
　　家庭网络（总线）是智能家居的关键技术。国际公认的家庭网络标准有：美国的x－10^［1］、消费总线（cebus）^［2］、日本的家庭总线（homebus）^［3］、欧洲的安装总线（eib）^［4］等。homebus的通讯介质为双绞线或同轴电缆；eib支持电源线介质，但主推的是基于双绞线的产品，无论是abb还是siemens，都认为在中国大陆安装基于电力线的eib产品是不合适的。因此，本文限于以电压电力线为通讯介质的x－10和cebus。鉴于技术突破的不可控性与市场因素的不可确定性，目前尚无法预测国际中哪种或者哪几种协议会成为国际标准，最大的可能是各协议相互借鉴融合，如同工控领域中长期共存的多种现场总线标准。
2 低压电力线载波通讯中信道状况分析
　　低压电力线无疑是家庭中分布最广泛的有线网络介质，几乎所有的家用电子产品都是联在220v的电力线上。采用电力线作为家庭网络控制流的通讯介质，不存在重新布线的问题，无疑是最方便的。但是，在220 v／380 v低压电力线上进行信号通讯，与高压电力线载波通讯有较大区别，突出表现在工作环境恶劣：输入阻抗随频率、负载和测试点变化；信号衰减与频率、负载和距离有关；干扰噪声的复杂性和随机性。因此，国内外学者对此进行了广泛深入的研究，结合我们的研究成果总结如下。鉴于我国的电磁兼容性没有工业发达国家严格，成果选取以国内为主。
　　_●文［5］提出基于均匀传输线理论的模型，从理想化模型导出的结论—“提高发射功率，降低发射频率。”，值得商榷。
　　_●文［6］对低压电力线网载波通讯信号的衰减特性作了深入研究，并给出了详尽的实测数据。结论是“低压电力网通讯信号的衰减特性很难建立准确的数据模型”，“它更适合于用统计的方法来计算分析”，“电力负载将极大地影响载波信号的衰减”。我们的研究成果与此一致。
　　_●文［7］，［8］对低压电力网的干扰噪声作了深入探讨。指出干扰可以分成非人为干扰和人为干扰，后者影响远大于前者。认为干扰又分成三类：周期性干扰—电视机行频和可控硅等引起；脉冲干扰—电器的开关造成；白噪声—电动机噪声等。干扰的随机性和不可预测性是电网通讯的固有特性，而100 khz－400 khz是最佳通讯频带。图1为实测的干扰波形，这与我们现场测试的波形相似。

　　_●文［7］中对低压电网输入阻抗特性进行了理论推导，得出“引起信道阻抗变化的主要原因是负载阻抗”。文［9］更进一步，得出“在家庭网络中信道阻抗变化的主要原因是pc机等使用的开关电源”。这与我们的研究与试验惊人的一致。开关电源的输入端有滤波器，如图2所示。

　　_●文［10］，［11］对低压电力线载波通讯中信号传输特性作了全面的论述，给出了国内学者多次引用的输入阻抗－频率关系图，参见图3^［12］，衰减－频率变化曲线，参见图4^［13］。

　　图3的两条曲线是在同一低压电力线网的不同地点测得的。从图3不难发现，输入阻抗随着频率的变化而发生剧变，变化范围竟达1 000倍。图4中为信号频率与信号衰减的关系。
　　综合国内外学者的研究成果：目前无法找到一个普遍适用，较为准确的数学模型，用于描述低压电力线的信号衰减特性和干扰特性。即使有些学者提出了一些模型，但是这些模型也往往是附加了许多假设和限制，因而也是不精确或适用面很窄。
3 基于x－的电力线窄带载波通讯

　　摘 要：简介国际主流家庭网络技术的基础上，综述了低压电力线载波通讯中信号传输特性的研究成果。在此基础上，分别阐述了基于x－10协议的载波通讯技术，基于ce－bus协议的线性调频扩频技术的原理，并据此设计了相应的滤波电路和通讯模块。
　　关键词：载波通讯；扩频通讯；x－10家庭网络协议；消费总线cebus；低压电力线

1 引言
　　家庭网络（总线）是智能家居的关键技术。国际公认的家庭网络标准有：美国的x－10^［1］、消费总线（cebus）^［2］、日本的家庭总线（homebus）^［3］、欧洲的安装总线（eib）^［4］等。homebus的通讯介质为双绞线或同轴电缆；eib支持电源线介质，但主推的是基于双绞线的产品，无论是abb还是siemens，都认为在中国大陆安装基于电力线的eib产品是不合适的。因此，本文限于以电压电力线为通讯介质的x－10和cebus。鉴于技术突破的不可控性与市场因素的不可确定性，目前尚无法预测国际中哪种或者哪几种协议会成为国际标准，最大的可能是各协议相互借鉴融合，如同工控领域中长期共存的多种现场总线标准。
2 低压电力线载波通讯中信道状况分析
　　低压电力线无疑是家庭中分布最广泛的有线网络介质，几乎所有的家用电子产品都是联在220v的电力线上。采用电力线作为家庭网络控制流的通讯介质，不存在重新布线的问题，无疑是最方便的。但是，在220 v／380 v低压电力线上进行信号通讯，与高压电力线载波通讯有较大区别，突出表现在工作环境恶劣：输入阻抗随频率、负载和测试点变化；信号衰减与频率、负载和距离有关；干扰噪声的复杂性和随机性。因此，国内外学者对此进行了广泛深入的研究，结合我们的研究成果总结如下。鉴于我国的电磁兼容性没有工业发达国家严格，成果选取以国内为主。
　　_●文［5］提出基于均匀传输线理论的模型，从理想化模型导出的结论—“提高发射功率，降低发射频率。”，值得商榷。
　　_●文［6］对低压电力线网载波通讯信号的衰减特性作了深入研究，并给出了详尽的实测数据。结论是“低压电力网通讯信号的衰减特性很难建立准确的数据模型”，“它更适合于用统计的方法来计算分析”，“电力负载将极大地影响载波信号的衰减”。我们的研究成果与此一致。
　　_●文［7］，［8］对低压电力网的干扰噪声作了深入探讨。指出干扰可以分成非人为干扰和人为干扰，后者影响远大于前者。认为干扰又分成三类：周期性干扰—电视机行频和可控硅等引起；脉冲干扰—电器的开关造成；白噪声—电动机噪声等。干扰的随机性和不可预测性是电网通讯的固有特性，而100 khz－400 khz是最佳通讯频带。图1为实测的干扰波形，这与我们现场测试的波形相似。

　　_●文［7］中对低压电网输入阻抗特性进行了理论推导，得出“引起信道阻抗变化的主要原因是负载阻抗”。文［9］更进一步，得出“在家庭网络中信道阻抗变化的主要原因是pc机等使用的开关电源”。这与我们的研究与试验惊人的一致。开关电源的输入端有滤波器，如图2所示。

　　_●文［10］，［11］对低压电力线载波通讯中信号传输特性作了全面的论述，给出了国内学者多次引用的输入阻抗－频率关系图，参见图3^［12］，衰减－频率变化曲线，参见图4^［13］。

　　图3的两条曲线是在同一低压电力线网的不同地点测得的。从图3不难发现，输入阻抗随着频率的变化而发生剧变，变化范围竟达1 000倍。图4中为信号频率与信号衰减的关系。
　　综合国内外学者的研究成果：目前无法找到一个普遍适用，较为准确的数学模型，用于描述低压电力线的信号衰减特性和干扰特性。即使有些学者提出了一些模型，但是这些模型也往往是附加了许多假设和限制，因而也是不精确或适用面很窄。
3 基于x－的电力线窄带载波通讯

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