寬帶電力線載波通信網絡的研發

韋岸+何嘉成+朱吉者

（華北電力大學 電氣工程及其自動化 071000）

摘 要：在互聯網和大數據時代，利用寬帶電力線載波通信技術可以極大降低網絡通信成本，有很大的發展前景。本文給出了以高通ATHEROS公司的INT6400和INT1400芯片組為核心的寬帶電力線載波通信終端方案，設計了其組成結構，包括電源模塊、主芯片配置電路模塊、模擬前端模塊、存儲器模塊及其以太網物理層電路模塊，并在最后給出了該終端性能測試結果。

電力線通信PLC是指用電力線作為介質進行數據傳輸的一種通信方式，實現了電力線上數據的高速傳輸。利用現有的電力傳輸線路進行載波通信，相對比起傳統網絡通信有效降低了網絡接入的門檻，使得網絡普及更簡單，同時也為互聯網和大數據時代的發展做出相當的貢獻。

1.HOMEPLUG AV 標準介紹

2000年3月，由Cisco、HP及Intel等數十家企業共同成立家庭電力線網絡聯盟，以電力線架設局域網絡的想法終于有了一致的標準。家庭電力線網絡聯盟隨后在2001年6月發表電力線網絡的第一份標準-HomePlug 1.0。

2003年2月HomePlug AV的制定工作開始，2005年8月，家庭電力線網絡聯盟批準了新的HomePlug AV 標準。

HomePlug AV主要用于在家庭內部的電力線上構筑高質量、多路媒體流、面向娛樂的網絡，專門用來滿足家庭數字多媒體傳輸的需要。它采用先進的PHY層和MAC層技術，提供高達200Mbps級的電力線網絡，用于傳輸音頻、數據和視頻。

2、總體方案設計

2.1設計的總體方案如下：

以太網物理層芯片與專用PLC通信芯片相連，通過RJ45網絡接口，數字信號傳輸至專用PLC通信芯片，數據在專用PLC通信芯片中通過一系列的處理調制成OFDM信號，經過模擬前端芯片變為模擬信號，并經模擬前端芯片發送到耦合變壓器上，經由耦合變壓器耦合到電力線上。

同理，從電力線接收而來的OFDM信號經由耦合變壓器傳輸給模擬前端芯片，然后再由模擬前端芯片傳送給PLC芯片，PLC芯片對其進行相關的解調后傳輸給物理層芯片通過RJ45接口輸出。

2.2、硬件結構圖

2.3、INT6400和INT1400的典型應用電路圖

上圖為INT6400/INT1400芯片組的典型應用電路，R125、R126、R127三個電阻組成了一個6dB的衰減器，這個衰減器用來防止ADC的輸入端信號超出最大額定值。C121和C124組成耦合電容，用來消除高頻干擾。R67和R68與TX的兩個信號輸入端并聯，將電流信號轉換為電壓信號進行傳輸。R116和R128作為下拉電阻，使ADCBIAS和DACBIAS兩個端口工作時保持低電平。

3、系統硬件設計

3.1、電源模塊

該芯片組需要10.5V，3.3V，1.05V三種電壓，考慮到電磁兼容性（EMC），故采用反激式開關電源，并設計了相應的整流濾波電路。

3.2、存儲系統模塊

存儲系統包括 Flash 和 SDRAM，Flash 用來存儲 INT6400 的基本配置和適配器的程序代碼，SDRAM 充當運行時的固件存儲、PLC 程序執行支持和數據緩沖區。

1）FLASH電路

本設計選擇16MB的NAND Flash，其具體型號為AT26DF161-SU，用來存儲用戶程序和一些配置參數。

2）SDRAM電路

SDRAM的優點是大容量與低成本，這使得其成為本項目存儲方案中最好解決方案。本項目采用MT48LC8M16A2TG-6存儲芯片。

3.3、模擬前端模塊

模擬前端（analog front-end，AFE）是處理信號源給出的模擬信號，對其進行數字化及分析處理。不同于一般模擬前端，電力線通信系統中的模擬前端主要是用于傳輸 OFDM 調制信號的，主要包括兩個重要的通道。它們分別發送通路和接收通路。發送通路是完成電力線的信號載入操作。接收通道是完成模擬信號的數字化接收。

3.4信號耦合模塊

寬帶電力線載波通信模塊中的耦合電路實現模塊和電力線交換數據，主要作

用是將載波信號耦合到電力線中進行傳輸，以及實現該通信模塊與220V的強電形成隔離。設計一個合適的耦合電路可以減小信號的失真，實現該通信模塊和電力線之間的高效數據交換。

3.5、以太網物理層模塊

以太網物理層模塊主要包括以太網物理層收發芯片電路及以太網接口電路，

本項目選用DP83848I作為PHY芯片，網絡接口為RJ45口。

4.系統測試

我們利用電力線通信模塊和電力線將兩臺計算機直接連接來進行測試，通過測試工具來測試系統的性能。測試工具選用專用測試軟件——Tamosoft Throughput Test。

測試結果：

5.結論

（1）本項目所制作的寬帶電力線通信模塊能夠完成以太網訪問接入以及局域網搭建任務，在以太網接入環境下或者兩臺計算機點對點通信，利用網絡測速軟件均取得不錯的實驗數據

（2）項目采用的主芯片理論最高物理速率可以達到200Mbps，而實物模塊的實際通信速率低于此值，但仍可以滿足搜索資料、觀看高清視頻、玩在線游戲等日常網絡需求

參考文獻：

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