教你实现HomePlug AV电力线调制解调器的设计

电力线遍布城市和乡村，其覆盖面是任何网络无法比拟的，有利于电力线通信(PLC)网络的推广。PLC通过电力线传输数据，不需要增设更多的线路及设备，只需将调制解调器插入电力插座就可以通信，使用简单，成本低廉，有利于信息资源共享和家电上网。

 

PLC除了施工中的明显优势之外，在总体价格上也存在优势。随着市场的发展，以前相对比较高的电力线上网IC价格在逐步的下降，目前PLC在单线成本上与xDSL、电缆调制解调器相当。

 

在速率上，电力线上网经过14Mb/s、85Mb/s，目前已经迎来了200Mb/s的时代。200Mb/s的带宽足以满足以后数字家庭的安全、教育、娱乐等要求，是数字家庭理想的骨干网络。

 

二、 电力线传输需要解决的问题

 

因为电力线网络设计的目的是为了传输电能，只是因近些年来市场的需求才作为家庭网络的信息接入方式之一。电力线传输所存在明显的缺点就是噪声大和安全性低的问题。尽管电力线可以作为高速通信的一种备选介质，但电力系统的基础设备并不具备提供高质量数据传输服务的功能，家庭电器产生的电磁波会对通信产生干扰。另外，采用电力线上网服务，是一种共享带宽的技术，用户上网时的速度，取决于当时会有多少用户上网。如果很多用户同时上网，传输速度相对就较慢。

 

对于高速PLC技术的快速发展，各国反应不一致。欧盟和美国政府已明确表示支持高速PLC技术的应用，把PLC跟其他通信技术同等对待。日本要求高于10kHz频段的PLC设备必须得到许可，但在10～450kHz频段范围内的PLC设备无须获得许可，但需要进行公告。目前我国信息产业部还没有制定PLC规范和颁发运营许可证。

 

三、HomePlug AV技术规范简介

 

HomePlug AV是由电力线通信技术领域的权威国际机构——家庭插电联盟(HomePlug)制定。此机构自2000年成立以来，陆续制定了一系列的PLC技术规范，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技术标准体系，基本上覆盖了所有电力通信技术的应用领域。

 

HomePlug AV是PLC有关音频/视频宽带家庭网络的技术规范，它支持多个数据和视频流的分配，包括遍布整个家庭的高清晰度电视(HDTV)和标准清晰度电视(SDTV)，支持家庭娱乐应用，包括HDTV和家庭影院。

 

HomePlug AV采用的基本技术特征是：HomePlug AV在物理层采用具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM。而在MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求(ARQ)可靠传送。HomePlug AV支持TDMA和FDMA，即兼容时分多址和频分多址，以便兼容BPL宽带接入。HomePlug AV前向兼容HomePlug 1.0。HomePlug AV协议栈支持多种上层协议，如802.3、IP 和UPNP。

 

四、HomePlug AV电力线调制解调器硬件结构及设计要点1 电力线调制解调器硬件框图

 

从硬件框图我们可以看出，此方案是一个单芯片的方案。INT6300为INTELLON公司生产的内核为ARM926EJ-S 32位RISC处理器。系统的软件存储在大容量的SPI FLASH中。在此系统中，我们选择的SPI FLASH容量大小为16Mb。我们可以设置系统启动时，启动代码存放在SPI flash中。当系统启动时，所有的程序复制到SDRAM中。

 

INT6300有三种工作模式：MII PHY模式、MII MAC模式、PCI模式。在此，我们设置INT6300工作为MI MAC模式。和REALTEK公司的PHY CHIP相连，提供一个RJ45接口连到用户的网口上。

 

I60是INTELLON公司设计的一个驱动IC。当网口过来的数字信号通过MII接口传到INT6300，INT6300内部的AFE(模拟前端)电路变为模拟信号，经过I60放大电路放大，经过耦合器耦合到电力线上。发送到电力线上的信号频率范围是：2～28MHz。

 

图1 HomePlug AV电力线调制解调器硬件框图

 

电力线接收部分为一个LC的带通滤波电路。我们可以很容易的想到这个带通滤波的频率范围是2～28MHz。经过带通滤波电路出来的信号送到INT6300的AFE接口，INT6300把模拟信号变为数字信号，通过MII接口送到RJ45上。

 

由于电力线是一种共享式的总线，因此INT6300应该工作在半双工模式下，即发射时，接收部分的电路不工作，接收时，发射部分不工作。

 

2 INT6300性能特点

 

INT6300是INTELLON公司提供的一款完全符合HomePlug AV规范的电力线上网IC。采用OFDM调制模式支持1024/256/64/16/8-QAM、QPSK、BPSK和ROBO等多种调制模式。因此速率可达200Mb/s。电力线信息采用128位AES加密方式，相对HomePlug 1.0标准采用的56位DES方式，安全性得到大大的提高。

 

INT6300支持QoS管理。分为4级方式CAP(3-0)，CAP3优先级别最高，CAP0优先级别最低。CAP3优先级别可用于语音和网络管理帧，CAP2优先级别可用于视频流和音乐，CAP1、0用于数据网络通信。