韋岸+何嘉成+朱吉者

（華北電力大學(xué) 電氣工程及其自動化 071000）

摘 要：在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時代，利用寬帶電力線載波通信技術(shù)可以極大降低網(wǎng)絡(luò)通信成本，有很大的發(fā)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(shè)計了其組成結(jié)構(gòu)，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(wǎng)物理層電路模塊，并在最后給出了該終端性能測試結(jié)果。

電力線通信PLC是指用電力線作為介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式，實(shí)現(xiàn)了電力線上數(shù)據(jù)的高速傳輸。利用現(xiàn)有的電力傳輸線路進(jìn)行載波通信，相對比起傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信有效降低了網(wǎng)絡(luò)接入的門檻，使得網(wǎng)絡(luò)普及更簡單，同時也為互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展做出相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。

1.HOMEPLUG AV 標(biāo)準(zhǔn)介紹

2000年3月，由Cisco、HP及Intel等數(shù)十家企業(yè)共同成立家庭電力線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟，以電力線架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)的想法終于有了一致的標(biāo)準(zhǔn)。家庭電力線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟隨后在2001年6月發(fā)表電力線網(wǎng)絡(luò)的第一份標(biāo)準(zhǔn)-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(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟批準(zhǔn)了新的HomePlug AV 標(biāo)準(zhǔn)。

HomePlug AV主要用于在家庭內(nèi)部的電力線上構(gòu)筑高質(zhì)量、多路媒體流、面向娛樂的網(wǎng)絡(luò)，專門用來滿足家庭數(shù)字多媒體傳輸?shù)男枰?。它采用先進(jìn)的PHY層和MAC層技術(shù)，提供高達(dá)200Mbps級的電力線網(wǎng)絡(luò)，用于傳輸音頻、數(shù)據(jù)和視頻。

2、總體方案設(shè)計

2.1設(shè)計的總體方案如下：

以太網(wǎng)物理層芯片與專用PLC通信芯片相連，通過RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)字信號傳輸至專用PLC通信芯片，數(shù)據(jù)在專用PLC通信芯片中通過一系列的處理調(diào)制成OFDM信號，經(jīng)過模擬前端芯片變?yōu)槟M信號，并經(jīng)模擬前端芯片發(fā)送到耦合變壓器上，經(jīng)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(jīng)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(jìn)行相關(guān)的解調(diào)后傳輸給物理層芯片通過RJ45接口輸出。

2.2、硬件結(jié)構(gòu)圖

2.3、INT6400和INT1400的典型應(yīng)用電路圖

上圖為INT6400/INT1400芯片組的典型應(yīng)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(lián)，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號進(jìn)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(tǒng)硬件設(shè)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(guān)電源，并設(shè)計了相應(yīng)的整流濾波電路。

3.2、存儲系統(tǒng)模塊

存儲系統(tǒng)包括 Flash 和 SDRAM，F(xiàn)lash 用來存儲 INT6400 的基本配置和適配器的程序代碼，SDRAM 充當(dāng)運(yùn)行時的固件存儲、PLC 程序執(zhí)行支持和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

1）FLASH電路

本設(shè)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(shù)。

2）SDRAM電路

SDRAM的優(yōu)點(diǎn)是大容量與低成本，這使得其成為本項(xiàng)目存儲方案中最好解決方案。本項(xiàng)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(jìn)行數(shù)字化及分析處理。不同于一般模擬前端，電力線通信系統(tǒng)中的模擬前端主要是用于傳輸 OFDM 調(diào)制信號的，主要包括兩個重要的通道。它們分別發(fā)送通路和接收通路。發(fā)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(shù)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(shí)現(xiàn)模塊和電力線交換數(shù)據(jù)，主要作

用是將載波信號耦合到電力線中進(jìn)行傳輸，以及實(shí)現(xiàn)該通信模塊與220V的強(qiáng)電形成隔離。設(shè)計一個合適的耦合電路可以減小信號的失真，實(shí)現(xiàn)該通信模塊和電力線之間的高效數(shù)據(jù)交換。

3.5、以太網(wǎng)物理層模塊

以太網(wǎng)物理層模塊主要包括以太網(wǎng)物理層收發(fā)芯片電路及以太網(wǎng)接口電路，

本項(xiàng)目選用DP83848I作為PHY芯片，網(wǎng)絡(luò)接口為RJ45口。

4.系統(tǒng)測試

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

測試結(jié)果：

5.結(jié)論

（1）本項(xiàng)目所制作的寬帶電力線通信模塊能夠完成以太網(wǎng)訪問接入以及局域網(wǎng)搭建任務(wù)，在以太網(wǎng)接入環(huán)境下或者兩臺計算機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通信，利用網(wǎng)絡(luò)測速軟件均取得不錯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（2）項(xiàng)目采用的主芯片理論最高物理速率可以達(dá)到200Mbps，而實(shí)物模塊的實(shí)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(wǎng)絡(luò)需求

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