教你實(shí)現(xiàn)HomePlug AV電力線調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)

電力線遍布城市和鄉(xiāng)村，其覆蓋面是任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的，有利于電力線通信(PLC)網(wǎng)絡(luò)的推廣。PLC通過電力線傳輸數(shù)據(jù)，不需要增設(shè)更多的線路及設(shè)備，只需將調(diào)制解調(diào)器插入電力插座就可以通信，使用簡(jiǎn)單，成本低廉，有利于信息資源共享和家電上網(wǎng)。

PLC除了施工中的明顯優(yōu)勢(shì)之外，在總體價(jià)格上也存在優(yōu)勢(shì)。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，以前相對(duì)比較高的電力線上網(wǎng)IC價(jià)格在逐步的下降，目前PLC在單線成本上與xDSL、電纜調(diào)制解調(diào)器相當(dāng)。

在速率上，電力線上網(wǎng)經(jīng)過14Mb/s、85Mb/s，目前已經(jīng)迎來了200Mb/s的時(shí)代。200Mb/s的帶寬足以滿足以后數(shù)字家庭的安全、教育、娛樂等要求，是數(shù)字家庭理想的骨干網(wǎng)絡(luò)。

二、 電力線傳輸需要解決的問題

因?yàn)殡娏€網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目的是為了傳輸電能，只是因近些年來市場(chǎng)的需求才作為家庭網(wǎng)絡(luò)的信息接入方式之一。電力線傳輸所存在明顯的缺點(diǎn)就是噪聲大和安全性低的問題。盡管電力線可以作為高速通信的一種備選介質(zhì)，但電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備并不具備提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的功能，家庭電器產(chǎn)生的電磁波會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生干擾。另外，采用電力線上網(wǎng)服務(wù)，是一種共享帶寬的技術(shù)，用戶上網(wǎng)時(shí)的速度，取決于當(dāng)時(shí)會(huì)有多少用戶上網(wǎng)。如果很多用戶同時(shí)上網(wǎng)，傳輸速度相對(duì)就較慢。

對(duì)于高速PLC技術(shù)的快速發(fā)展，各國反應(yīng)不一致。歐盟和美國政府已明確表示支持高速PLC技術(shù)的應(yīng)用，把PLC跟其他通信技術(shù)同等對(duì)待。日本要求高于10kHz頻段的PLC設(shè)備必須得到許可，但在10～450kHz頻段范圍內(nèi)的PLC設(shè)備無須獲得許可，但需要進(jìn)行公告。目前我國信息產(chǎn)業(yè)部還沒有制定PLC規(guī)范和頒發(fā)運(yùn)營許可證。

三、HomePlug AV技術(shù)規(guī)范簡(jiǎn)介

HomePlug AV是由電力線通信技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威國際機(jī)構(gòu)——家庭插電聯(lián)盟(HomePlug)制定。此機(jī)構(gòu)自2000年成立以來，陸續(xù)制定了一系列的PLC技術(shù)規(guī)范，包括HomePlug 1.0、HomePlug 1.0-Turbo、HomePlug AV、HomePlug BPL、HomePlug Command&Control，形成了一套完整的PLC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，基本上覆蓋了所有電力通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

HomePlug AV是PLC有關(guān)音頻/視頻寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)范，它支持多個(gè)數(shù)據(jù)和視頻流的分配，包括遍布整個(gè)家庭的高清晰度電視(HDTV)和標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)，支持家庭娛樂應(yīng)用，包括HDTV和家庭影院。

HomePlug AV采用的基本技術(shù)特征是：HomePlug AV在物理層采用具有高級(jí)前向糾錯(cuò)、通道預(yù)估和自適應(yīng)能力的OFDM。而在MAC層則綜合使用具有QoS保證的TDMA時(shí)分多址有序接入和CSMA競(jìng)爭(zhēng)接入兩種方式，并通過快速自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求(ARQ)可靠傳送。HomePlug AV支持TDMA和FDMA，即兼容時(shí)分多址和頻分多址，以便兼容BPL寬帶接入。HomePlug AV前向兼容HomePlug 1.0。HomePlug AV協(xié)議棧支持多種上層協(xié)議，如802.3、IP 和UPNP。

四、HomePlug AV電力線調(diào)制解調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)1 電力線調(diào)制解調(diào)器硬件框圖

從硬件框圖我們可以看出，此方案是一個(gè)單芯片的方案。INT6300為INTELLON公司生產(chǎn)的內(nèi)核為ARM926EJ-S 32位RISC處理器。系統(tǒng)的軟件存儲(chǔ)在大容量的SPI FLASH中。在此系統(tǒng)中，我們選擇的SPI FLASH容量大小為16Mb。我們可以設(shè)置系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)代碼存放在SPI flash中。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有的程序復(fù)制到SDRAM中。

INT6300有三種工作模式：MII PHY模式、MII MAC模式、PCI模式。在此，我們?cè)O(shè)置INT6300工作為MI MAC模式。和REALTEK公司的PHY CHIP相連，提供一個(gè)RJ45接口連到用戶的網(wǎng)口上。

I60是INTELLON公司設(shè)計(jì)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC。當(dāng)網(wǎng)口過來的數(shù)字信號(hào)通過MII接口傳到INT6300，INT6300內(nèi)部的AFE(模擬前端)電路變?yōu)槟M信號(hào)，經(jīng)過I60放大電路放大，經(jīng)過耦合器耦合到電力線上。發(fā)送到電力線上的信號(hào)頻率范圍是：2～28MHz。

圖1 HomePlug AV電力線調(diào)制解調(diào)器硬件框圖

電力線接收部分為一個(gè)LC的帶通濾波電路。我們可以很容易的想到這個(gè)帶通濾波的頻率范圍是2～28MHz。經(jīng)過帶通濾波電路出來的信號(hào)送到INT6300的AFE接口，INT6300把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過MII接口送到RJ45上。

由于電力線是一種共享式的總線，因此INT6300應(yīng)該工作在半雙工模式下，即發(fā)射時(shí)，接收部分的電路不工作，接收時(shí)，發(fā)射部分不工作。

2 INT6300性能特點(diǎn)

INT6300是INTELLON公司提供的一款完全符合HomePlug AV規(guī)范的電力線上網(wǎng)IC。采用OFDM調(diào)制模式支持1024/256/64/16/8-QAM、QPSK、BPSK和ROBO等多種調(diào)制模式。因此速率可達(dá)200Mb/s。電力線信息采用128位AES加密方式，相對(duì)HomePlug 1.0標(biāo)準(zhǔn)采用的56位DES方式，安全性得到大大的提高。

INT6300支持QoS管理。分為4級(jí)方式CAP(3-0)，CAP3優(yōu)先級(jí)別最高，CAP0優(yōu)先級(jí)別最低。CAP3優(yōu)先級(jí)別可用于語音和網(wǎng)絡(luò)管理幀，CAP2優(yōu)先級(jí)別可用于視頻流和音樂，CAP1、0用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信。