探讨电力线载波通信模块XPLC-30

　　摘  要： 主要论述了电力线载波的基本原理，同时详细分析了XPLC-30的基本架构及其主要外围接口电路。

　　电力线通信（Power Line Communication,英文简称PLC）技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式该技术是把载有信息的高频加载于电流然后用电线传输接受信息的适配器再把高频从电流中分离出来并传送到计算机或电话以实现信息传递。 该技术的优势是不需要重新布线在现有电线上实现数据语音和视频等多业务的承载实现四网合一终端用户只需要插上电源插头就可以实现因特网接入电视频道接收节目打电话或者是可视电话。

　　1电力线载波的通信原理

　　电力线载波通信（PLC）主要利用高压输电线路作为高频信号的传输通道，仅仅局限于传输话音、远动控制信号等，应用范围窄，传输速率较低，不能满足宽带化发展的要求。目前PLC正在向大容量、高速率方向发展，同时转向采用低压配电网进行载波通信，实现家庭用户利用电力线打电话、上网等多种业务。国外如美国、日本、以色列等国家正在开展低压配电网通信的研究和试验。由美国3COM,Intel,Cisco,日本松下等13家公司联合组建使用电力线作为传送媒介的家庭网络推进团体--"Homeplug PowerlineAlliance",已经提出家庭插座（Home Plug）计划，旨在推动以电力线为传输媒介的数字化家庭（DigitalHome）。我国也正在进行利用电力线上网的试验研究。可以预见，在将来人们可以使用电力线实现计算机联网及Internet接入、小区安全监控、智能自动抄表、家庭智能网络管理等业务，以低压电力线为传输媒介的载波通信技术必将得到更为广泛的关注和研究。

　　1.1多载波通信基本原理

　　多载波调制技术的基本原理是在频域内将信道的可用带宽划分为N个频谱重叠的子信道，使相邻子信道间的载波频率的间隔为符号速率一半的整数倍，这样各载波间可保持正交，使载波集合符合奈奎斯特准则。目前使用的多载波调制技术主要有OFDM、DMT和WMT等。

　　1.2 多载波通信特点

　　与普通的单载波相比，多载波调制技术主要有以下优点：

　　（1）在DMT/OFDM调制中，由于引入了循环前缀，时域均衡只需使均衡信道的冲激响应长度小于循环前缀的长度即可，这样可以不用单载波调制系统中的高阶数字均衡器[3].

　　（2）在传输速率相同的情况下，由于多载波调制系统中的码元周期较长，使得脉冲干扰和快衰落对它的影响远弱于对单载波调制的影响。

　　（3）单载波调制系统对于单频干扰较为敏感，而在多载波调制系统中，各子信道可以根据各自的信噪比大小传送不同的比特数，并可关闭干扰严重的信道，这样既能充分利用频带，又可克服窄带干扰。

　　2 通信系统总体构成

　　XPLC-30集成ARM9内核和必要的外围接口电路，为用户开发提供了很多附加的功能，设计开发中主要用到了其串口和电力线模拟信号输入模块。

　　2.1系统框图

　　图1显示了XPLC-30系统结构图，其就是ARM940T.XPLC-30集成了以下功能：基于DMT的电力线载波通信；内置带中断控制器的ARM处理器，4通道 DMA控制器，5个计时器和看门狗定时器；64 KB内置Flash存储器和20 KB内部SRAM;外部可扩展SRAM接口；2个UART/IrDA 接口；2端口可编程脉冲宽度调制；4端口可编程脉冲计数（PC）；SPI;3端口模拟信号测量。

　　2.2 系统主要外围接口电路

　　（1）由于电力线通信速率还很低，考虑到可行性，协议选用串口和主机进行通信，图2即为所用到的串口接口电路。协议使用J2端。

　　系统共接出2个串行口，其中PLCP用UART0（J2），当需要向芯片里烧写程序时，也使用UART0,波特率为115 200 b/s,此时用户需使外部开关Switch 8为低电平，启动代码将自动转入烧定代码的程序分支，用户要烧写的代码将被自动写入到用户代码区。由于电力线传输速率较低，所以约定运行用户代码时将串口波特率设置为19 200 b/s.

　　（2）XPLC-30内部包含调制和解调电路，只需将电力线输入信号变压放大就可输入XPLC-30.图3即为电力线耦合电路。

　　从电力线输入的带载波信号的工频信号通过图3的电力线耦合模块就可直接进入XPLC-30的自动增益控制电路。图中用2个稳压二极管作为过压保护电路，防止电力线输入信号电压过高，使XPLC-30电路出现超载，而导致失去滤波作用。

　　（3）由于电力线通信环境的恶劣，信号衰减很大，增益控制电路必须很好地控制对信号的放大倍数，以免输入信号使解调电路出现超载。

　　由于低压电力的传输环境很恶劣，不同的距离对信号的衰减影响很大，所以必需有自动增益控制电路。XPLC-30外围接口电路中所用的自动增益控制电路如图4,系统共用了2个这样的电路来对电力线传入的信号进行增益控制。

　　XPLC-30共输出8位信号（AGC0~AGC7）用于增益控制电路的输入，AGC0~AGC7的输出与增益的对应关系如表1.

　　本文主要对XPLC-30的内部结构及其外围接口电路做了简要分析。XPLC-30共有128个引脚，除了一些功能固定引脚外，还有一些引脚可被用户自己定义，同时还给开发用户提供了多种运行模式，方便用户调试各个模块。在芯片的各引脚中，有些引脚在不同的运行模式下有不同的意义，有些引脚在同种模式下也可有不同的定义。因此对于同一端口可能存在重复定义。本文创新性地把XPLC-30应用于电力线载波通信模块的硬件设计中。