电力载波通信是电力系统特有的通信方式，它以输电线作为通信线路，具有投资小、设备简单等优点。近年来，随着我国电力通信及调度自动化的不断发展，特别是城市电网和农村电网的改造，对高质量、高可靠性的电力载波机的需求不断增长。随着计算机技术、数字信号处理技术、语音编码技术、数字复接技术以及集成电路技术的不断发展，电力载波机已经开始由原来的模拟载波机向数字载波机发展。数字技术在电力载波机中的应用，不仅可以使电力载波机的性能大幅度提高，而且还可以使载波机的容量以及载波信道的利用率大幅度提高。本文在综述数字电力载波机的发展现状基础上，就语音、数据复接技术进行了详细分析，以期对我国载波机生产厂家实现电力数字载波机的国产化提供参考。

1 数字电力载波机发展现状
目前进口数字电力载波机大致有2种，一种基于模拟体制，在局部采用了一些先进的数字技术，如数字信号处理技术(DSP)和网络编码调制(TCM)技术，但体制还是模拟的，仍采用传统的单边带(SSB)方式，收发频带仍各为4kHz，但由于数字技术的采用，设备性能得以提高，接口灵活，便于计算机直接监测和控制，如德国西门子的ESB-2000、瑞士ABB的ETL等设备；另一种则基于全数字化体制，它采用语音压缩编码技术、数字复用技术、QAM数字调制技术以及数字信号处理技术等，在相同的频带下，数据速率达到32 kbit／s，容量得到较大提高，如挪威Nera公司的A．C．E．32等。目前我国数字化载波机主要依赖进口，但由于价格较高，因此数字化载波机还没有得到大规模推广和应用。国内主要电力载波机生产厂家如扬州电讯仪器厂、南京电力自动化研究院、许昌继电器厂等也逐步开始以各种形式进行数字化电力载波机的研制与生产。根据目前我国电力载波机的应用状况，发展我国数字化电力载波机，建议应遵循如下原则：(1)兼容性。即引进或新研制的数字化电力载波机应具备在信道分配、话音接口以及远动接口等方面和目前广泛采用的模拟载波机相兼容；(2)先进性。数字化电力载波设备应包含目前较先进的、已经成熟的并且符合国际电信联盟 ITU-T建议的数字技术，如在语音压缩编码方式，可采用LD-CELP语音编码，在数字调制技术方面，采用目前在公用电话网上广泛采用的调制解调技术。基于上述思想，因此在农电载波机和35 kV以下变电站系统可优先采用基于模拟体制的数字化电力载波机设备，以便投资较小效益最大。在110kV以上主干线路上，应大力发展全数字化电力载波机。最终过渡到在整个系统全部采用全数字化电力载波机。

2 话音、数据复接技术
无论是基于模拟体制的数字化电力载波机，还是基于全数字化的电力载波机，话音数据复接技术都是其中的关键技术之—。模拟载波机采用模拟调制方法，在0．3-3．4 kHz话路频带的下边带传输话音信号，在上边带传输远动信号，因此在0．3-3．4 kHz的频带下只能传输1路话音和1路600bit／s的远动信号。随着语音编码技术的发展，目前可以将 1路64kbit／s的PCM话音数据压缩到4．8 kbit／s甚至更低。调制解调技术的发展，可以在0．3-3．4 kHz话路频带下轻松传输11．4 kbit／s的数据。因此，如果将几路PCM话音首先通过语音编码技术进行压缩，然后在通过数据复接技术和几路远动数据复用，最后通过调制解调器将复用数据调制到 0．3-3．4kHz的话路频带下，这就是基于语音压缩编码的话音、数据复接技术。

2．1 LD-CELP语音编码
LD-CELP(Low Delay-CELP)语音编码算法[1] ，是一种基于低延时的码激励线性预测编码算法，首先由美国AT&T公司贝尔实验室提出。该算法属于—类基于线性预测技术的分析-合成编码(LPAS)的范畴，该算法基于ABS原理并考虑了听觉特性，特点是：(1)以块为单位的后向自适应高阶预测；(2)后向自适应增益量化；(3)以矢量为单位的激励信号量化。在编码时，编码器首先对每一个输入语音矢量 (一般由A律或μ律PCM信号转换成的线性码流得到)采用传统的CELP算法的分析-合成的码本搜索技术，得到一个与输入矢量感知加权均方误差最小的量化语音矢量信号。然后，采用预测器和增益后馈更新技术，获得只有不足1 ms的算法延迟。在发送时只需要将码激励码本的地址发送到信道上，因此可以获得较低的数码速率。合成滤波器系数是通过对量化的语音信号作LPC分析得到。激励增益用已经量化的激励信号的增益信息更新。而感知加重滤波器系数是从输入语音信号的LPC分析中获得的，这样得到的重建语音的效果更好。在LD-CELP解码端，根据信道上发送来的10bit地址，获得一个激励码矢量，通过增益定标单元和合成滤波器，产生量化语音信号。合成滤波器和增益的更新方式与编码端的完全相同。量化语音信号再经后置滤波器滤波，来增强语音的感觉质量。国际电信联盟(ITU-T)依据该算法制定了G．728建议。

按照G．728建议，美国QUALCOMM公司于 1992年率先推出了VLSI超大规模集成声码器 Q4401。该声码器具有90年代国际先进水平，采用 QCELP语音编码技术；其编码速率可根据语音信号能量的大小，每秒动态调整50次，可调速率范围为 800-9 600bit／s；全双工方式的编码和解码，编码延迟小(整个系统环测小于50ms)；具有16：1的高效数据压缩功能；语音质量较高，其语音质量接近采用 64 kbit／s PCM语音编码的公用电话网电话音质 (Tool Quality)，被称为准电话音质(Near-Tool Quality)。该声码器还具有8位微处理器接口，便于和单片机相连。鉴于Q4401的优良性能，已在移动通信网中得到了广泛应用。本设计的浯音压缩编码基于 Q4401声码器。

2．2 话音、数据复接帧结构
鉴于调制解调器的速率采用11．4kbit／s，因此；复分接的集合速率为11．4 kbit／s，声码器选择4kbit／s，远动信号波特率为0．6kbit／s，为了提高远动数据传输可靠性，为每8bit远动数据配上8 bit的监督校验位。因此可将2路话音与2路远动信号进行复接。按照3种数据速率的比值，集合速率：话路数据：远动数据=11 400：4 000：(600+600)：57：20：6，确定复分接帧结构如图1所示，其特点如下：(1)帧结构基于字符复分接，便于硬件实现复分接；(2)帧长度57字节，其中包括2字节同步码，话路1数据 20字节，话路2数据20字节，远动1数据6字节，远动2数据6字节，信令码2字节，填充码1字节。(3)信令码1表示话路1状态，信令码2表示话路2的状态。在复接时，当话路1乎叫远方话路时，置信令码1为00H；同理当话路2呼叫远方话路时，置信令码2为00H。在分接时，如果接收到信令码1为00H，则向话路1发送振铃信号，并代表复接数据帧中传输的是话音数据；同理，当接收到信令码2为00H时，则向话路2发送振铃信号，并代表复接数据帧中传输的是话音数据。否则，当信令码不为00H时则表示相应话路处于空闲状态。

2．3 动态数据复接方法
根据统计，话路信息在90％以上的时间内处于空闲状态，也就是说，经过复接以后的帧结构中 40个话路数据时隙90％以上传输的是无用数据。因此，如果能采用动态调整帧结构的方法，在某个话路处于空闲时，作为备用通道用来传输远动数据，将可以提高通道利用率。为此在安排帧结构时，采用了如下的动态调整帧结构的动态数据复接技术。