【正文】 hange. As we enter the 21st century, with the development of the technologies of modulation, power line munication is developing rapidly. Because power line munication has several advantages, such as no need of new wire and low cost, it has drawn a lot of attention in the fields of broadband access. This thesis firstly makes a simple introduction for powerline munication , discussing the transmission channel property of the low voltage powerline, then introduces the Orthogonal Frequency Division Multiplexing technology which can improve this transmission channel in detail that prepares the ground for the further hardware circuit design of the PLC device. After the related theory analysis , the thesis introduces the Intellon’s the chips of INT5200 and correlative technology ,and then it presentes the design proposal for the whole system and also makes every functional module actualized part by part . Key words： powerline munication OFDM（ Orthogonal Frenquency Division Multiplexing） hardware circuit design INT5200 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 緒論 1 1 緒論 電力線通信介紹 [1][27] 電力線通信 （ Power Line Communication， PLC） 是指以高壓電力線 （ 在電力載波領(lǐng)域通常指 35kV及以上電壓等級 ） 、中壓電力線 （ 指 10kV電壓等級 ） 或低壓配電線 （ 380/220V用戶線 ） 電力線作為傳 輸媒介，在電力線通信網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點之間以及在電力線通信網(wǎng)絡(luò)與其他通信網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息傳遞的一種特殊通信方式。它是一門即古老又年輕的學(xué)科，直到最近幾年，由于技術(shù)上的突破性進展而重現(xiàn)生機，更因其在高壓到低壓各個領(lǐng)域里的應(yīng)用所帶來的震撼而令人鼓舞，被喻為 “ 未被挖掘的金山 ”。 然而，作為一種具有光明前景的通信技術(shù)，電力線通信由于具有時變性、頻率選擇性等固有特點，使其在具體應(yīng)用中仍然存在很多問題亟待我們解決 （ 比如在技術(shù)及設(shè)備上還不盡完善 ） 。盡管如此，但因它所激發(fā)的巨大市場潛力仍然成為世界各大公司及科研單位 競相 研究的熱點，并開發(fā)出相應(yīng)的器件和產(chǎn)品，同時國內(nèi)眾多的企業(yè)也緊隨國際步伐，毅然投入到這一領(lǐng)域的研發(fā)之中。 相比之下，低壓 PLC技術(shù)的研究及應(yīng)用更為困難。由于低壓電力線是一種復(fù)雜的傳輸媒介，線上存在大量噪聲，負載多且其工作狀態(tài)隨時間變化，配置情況復(fù)雜。其對傳輸信號的不利影響主要表現(xiàn)為具有隨機性的信道損耗、信道噪聲和多徑效應(yīng)。因此，在干擾嚴重的低壓電力線上如何實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)字通信仍然是擺在人們面前的重大課 題 [1]。 國內(nèi)外的發(fā)展 [2][26] 國外發(fā)展?fàn)顩r 英國聯(lián)合電力公司的子公司 Norweb 通訊公司在 1990 年開始對高速電力線通信進行研究。 1995 年，該公司又與加拿大 Nortel（北電網(wǎng)絡(luò)）公司聯(lián)手，共同開發(fā)這項新技術(shù)。 1995~1997 年的兩年間， Norweb 和 Notel 公司已經(jīng)成功地在英國曼徹斯特對 20 個居民用戶進行了 PLC 上網(wǎng)實驗，其中還包括話音服務(wù)。 1997重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 緒論 2 年 10 月，這兩家公司聲稱已經(jīng)解決了電力噪聲等問題，取得了電力線載波技術(shù)的重大突破，利用新開發(fā)的數(shù)字電力線 DPL（ Digital Power Line）載波技術(shù)，實現(xiàn)了在低壓配電網(wǎng)上進行 1Mbit/s 速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程通信，欲將四通 八達的電力線轉(zhuǎn)化為信息高速公路，并在 1998 年 3 月 25 日，成立合資公司 ,進行該技術(shù)的市場推廣。 隨后，許多國家的研究機構(gòu)也紛紛開展了高速電力線通信技術(shù)的研究和開發(fā) ，如美國的 Intellon、 Inari（ Intelogis）公司，以色列的 ITRAN、 公司，韓國的 Xiline 公司，瑞士的 ASCOM 公司，德國的 Polytrax 公司，西班牙的DS2 公司等，產(chǎn)品的傳輸也從 1Mbit/s 發(fā)展到 1 24Mbit/s，甚至 200Mbit/s。歐盟為促進 PLC 技術(shù)的發(fā)展，從 20xx 年 1 月 1 日開始，啟動了一個稱之為OPERA(Open PLC European Research Alliance)的計劃，旨在聯(lián)合歐洲的主要 PLC研究開發(fā)力量，致力于制定歐洲的 PLC 統(tǒng)一技術(shù)標準、推動大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，并將 PLC 作為實現(xiàn) “ eEurope” （信息化歐洲）的重要技術(shù)手段。亞洲開展 PLC研究和試驗的國家和地區(qū)除中國大陸外，還有日本、韓國、新加坡、中國香港、中國臺灣等。目前日本的東京電力、新加坡電力、香港電力、香港中華電力等建立了一定規(guī)模的試驗網(wǎng)絡(luò)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止 20xx 年底， PLC 的實驗網(wǎng)絡(luò)已遍及 歐洲、亞洲、北美、洲南美洲、非洲、以及大洋洲的 40 多個國家和地區(qū)。 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國是世界上較早開展 PLC 技術(shù)研究和寬帶接入應(yīng)用的國家，并在此領(lǐng)域取得了一定的成果。國家電網(wǎng)公司高度重視 PLC 技術(shù)的研發(fā)和推廣，多次建立了研究 PLC 技術(shù)的科研項目， 有 中國的科研項目，有中國電力科學(xué)研究院、福建電力試驗研究院、深圳國電科技公司及北京意科公司進行 PLC 技術(shù)、產(chǎn)品的研究與開發(fā)，采用國外芯片，先后生產(chǎn)出了傳輸速率為 1 4 200Mbit/s的低壓 PLC 產(chǎn)品以及 1 45Mbit/s 中壓 PLC 產(chǎn)品。 為了推進 PLC 技術(shù)在中國的發(fā)展，國電通信中心自 1999 年開始跟蹤國內(nèi)外PLC 技術(shù)的發(fā)展，在 20xx 年成立了 PLC 領(lǐng)導(dǎo)小組，下設(shè) PLC 技術(shù)推進辦公室，負責(zé)全國電力系統(tǒng) PLC 技術(shù)研發(fā)試驗的統(tǒng)一組織和協(xié)調(diào)工作 。先后多次到國外對 PLC 技術(shù)的應(yīng)用與標準化制定進行考察和調(diào)研，分別參加了在歐洲、美國和重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 緒論 3 香港召開的 PLC 專題國際會議，引入國外產(chǎn)品進行試驗。由于我國低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷特性、供電方式和國外有很大的不同，國外已有的產(chǎn)品需要根據(jù)我國配電線路的實際情況進行改進才能使用 。 PLC 辦公室與相關(guān)國外技術(shù)人員共同針 對中國配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點，研究并解決了技術(shù)上的難題，確定了多種實驗方案，建立了 PLC 家庭模擬實驗。 20xx 年底，開通了我國第一個以電力線為傳輸介質(zhì)的 PLC 寬帶接入 Inter 試驗小區(qū)； 20xx 年 3 月，引進歐洲 PLC 產(chǎn)品進行語音傳輸試驗，在我國第一次實現(xiàn)了利用電力線同時上網(wǎng)和打電話； 20xx年 5 月，采用國內(nèi)電力系統(tǒng)研制的產(chǎn)品，開通了第一個由國內(nèi)電力系統(tǒng)自主研發(fā)的 PLC 寬帶接入系統(tǒng)。 在試驗網(wǎng)運行成功的基礎(chǔ)上，為了早日實現(xiàn)商業(yè)化運營，國電通信中心積極配合國家信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸測試機構(gòu)和國家電磁兼容認證機構(gòu)，對 已開通的PLC 試驗網(wǎng)進行了相關(guān)測試。測試證明 PLC 網(wǎng)絡(luò)作為一種寬帶接入方式，在網(wǎng)路功能、傳輸性能等方面基本滿足用戶駐地網(wǎng)的要求；在電磁兼容方面， PLC試驗網(wǎng)絡(luò)的傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾均符合國內(nèi)和國際上的相關(guān)標準。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 PLC 技術(shù) 4 2 PLC 技術(shù) PLC 技術(shù)原理 [3] 低壓電力線通信，是利用現(xiàn)有的低壓配電線路 （ 220V或 380V交流供電線路 ）作為通信介質(zhì)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)，話音，圖像等綜合業(yè)務(wù)的通信技術(shù)。低壓電力線通信系統(tǒng)原理框圖如圖 1所示。信源 （ 已編碼 ） 經(jīng)信道編碼后進行調(diào)制 （ 如 GMSK或OFDM調(diào)制方法等 ） ，帶通濾波器濾波，最后經(jīng)耦合電路耦合到低壓電力線上傳輸。配電網(wǎng)絡(luò)作為一種信源信宿共享傳輸介質(zhì)，把各用戶連在一起。接收端的耦合電路將調(diào)制信號與電力線上的高電壓分離，經(jīng)帶通濾波器濾除信道中引入的可用頻帶外的噪聲，再經(jīng)解調(diào)、信道譯碼后將數(shù)據(jù)恢復(fù)，就可得到原通信信號 (信宿 )。這樣系統(tǒng)以低壓電力線為通信介質(zhì)，只要有交流電源插座就可實現(xiàn)同一電網(wǎng)內(nèi)任意兩點或多點之間的通信。由于電力線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面大和無需重新布線的優(yōu)點，電力線通信廣泛應(yīng)用于信息家電、樓宇智能化及寬帶接入等應(yīng)用領(lǐng)域。同時，我們也應(yīng)該看到，由于電 力線通信的物理網(wǎng)絡(luò)是由低壓配電網(wǎng)和線路負載組成的。物理網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)的，信道特性也是動態(tài)的，這種特殊性決定了組網(wǎng)的困難性。 信源 信宿 圖 1 低壓電力線通信原理框圖 PLC 技術(shù)特性 [4][10] 低壓電力線的信道特性 作為電信級的運營網(wǎng)絡(luò)，通信質(zhì)量必須要有保障，而電力線作為傳輸介質(zhì)，對高頻信號的傳輸有一些不利因素，幾種表現(xiàn)為： 信道編碼 調(diào)制 帶通濾波 耦合電路 信道譯碼 解調(diào) 帶通濾波 耦合電路 配電網(wǎng)絡(luò) 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 PLC 技術(shù) 5 ① 電力線會對高頻信號造成較大的衰減。通常，電力線在某一時刻對 不同的頻率的信號，線路衰減不同，而且隨著線路 的阻抗和負載變化，信道的衰減也在不斷變化 。 ② 電力線上存在較大的噪聲干擾。由于電力線上連接有各種各樣的用電設(shè)備，某些大功率用電設(shè)備的頻繁開閉，會在電力線上產(chǎn)生各種噪聲干擾，而且噪聲幅度較大。 ③ 低壓電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分支多、衰減大，導(dǎo)致多徑反射，引起信號的選擇性衰減和碼間干擾。由于電力線信道呈無法預(yù)知的多徑傳輸和發(fā)射特征，致使信道特征表現(xiàn)為一個時變的頻率選擇性衰減信道，因此信道容量和誤碼率特性會收到多徑衰減的影響而惡化。 傳輸特性 （ 1） 傳輸距離 當(dāng)電力線空載時，點對點載波信號可傳輸幾千米。但 當(dāng)電力線上負荷較大時，采用 PLC 技術(shù)只能傳輸 200m 左右，要想實現(xiàn)更長距離的數(shù)據(jù)傳輸，只能采用增加中繼的方式。低壓 PLC 作為寬帶接入的一種手段，如果只在樓宇內(nèi)應(yīng)用，解決 “ 最后一百米 ” 的入戶問題，是完全可以滿足需要的。 （ 2） 傳輸速率 理論上講，利用 OFDM 技術(shù)可以實現(xiàn) 幾十 兆、甚至上百兆的數(shù)據(jù)傳輸。在前期試驗的 PLC 產(chǎn)品測試中， 14Mbit/s 制 式芯片的產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了500kbit/s~3Mbit/s 的傳輸速率， 45Mbit/s 制式芯片的產(chǎn)品傳輸速率在 3~40Mbit/s左右，完全能夠滿足普通上網(wǎng)用戶對網(wǎng)絡(luò)帶 寬的需求。隨著 PLC 技術(shù)和產(chǎn)品的改進， PLC 系統(tǒng)傳輸速率會不斷提高。 PLC 技術(shù)的應(yīng)用 [5] 電力線通信技術(shù)可以進行模擬 （ 語音信號 ） 或數(shù)字信息 （ 如 ： 家居控制信號 ）雙工傳輸，可廣泛應(yīng)用于家居自動化、小型辦公室、家庭辦公室通訊 （ 如互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)部信件、游戲、音頻、視頻 ） 等領(lǐng)域，具有普及效果、節(jié)省費用、安裝方便、應(yīng)用廣泛等特點。目前 ， LPC主要應(yīng)用于三個方面 ： 智能小區(qū)、自動抄表系統(tǒng)、重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 PLC 技術(shù) 6 家居智能化。智能住宅的概念起源于美國，在美國發(fā)展最為迅猛。所謂智能化小區(qū)，是指通過綜合配置住宅區(qū)內(nèi)的各功能子系統(tǒng)，以綜合布線 為基礎(chǔ)，以計算機網(wǎng)絡(luò)為區(qū)內(nèi)各種設(shè)備管理自動化的新型住宅小區(qū)。通常智能化大廈是 “ 三 A” 系統(tǒng)，即 ： 安全自動化 （ SAS） 、通訊自動化 （ CAS） 、管理自動化 （ MAS） 。自動抄表系統(tǒng)就