沈芳，劉波峰
(湖南大學 電氣與信息工程學院湖南長沙410082)
摘 要：介紹了Intellon公司的擴頻載波（Spread Spectrum Carrier）技術及P485 PL網絡接口控制器的功能和工作原理。
關鍵詞：消費電子總線；擴頻載波技術；P485；電力線
家庭自動化系統從20世紀70年代后期開始出現，即將PC機、電話、音響甚至電冰箱等電器連成一個網絡，實現遙測、遙控、遙訊和遙調功能，各種設備都能通過普通電源插座，由已有的電力線連接起來組成局域網。從技術角度而言，在利用PL（電力線）作為傳輸媒介的通訊過程中，主要存在以下幾個不利因素：
(1)可變的信號衰減和PL阻抗；
(2)阻抗調制；
(3)脈沖噪聲（Impulse Noise）；
(4)等幅振蕩波干擾（Continuous Wave Jamming）。
為了排除以上所述的各類干擾，在目前的PL通訊產品中，主要應用擴頻通信技術（Spread Spectrum Communication,SSC）。
1概述
擴頻通信是將待傳送的基帶信號用擴頻序列發生器產生的偽隨機編碼做擴頻調制，實現頻譜擴展后，形成相當帶寬的低功率譜密度信號再傳輸，接收端采用同樣的偽隨機編碼通過相關處理恢復成窄帶后再解調數據,恢復出原始信息。
在擴頻通信行業處于領先地位的美國Intellon公司多年來一直致力于PL載波通訊領域，將其獨特的SSC技術完美的應用于其產品中，使得PL通訊的性能得以改觀。其所有產品（含PL和RF兩個系列）都滿足CEBus標準，即EIA600，并主要應用于家庭內部網絡、水電氣費管理、通訊、安全保衛系統和其他分布式自動控制系統。
2SSC技術介紹
2.1CEBus簡介
CEBus(Consumer Electronics Bus，消費電子總線)是EIA為消費電子產品制定的一種通訊和產品互操作性的標準，該標準的制定主要是定位于家庭，但并不局限于家庭，定義了在家用電器之間通訊所使用的通訊介質和協議。使得遵循同樣標準的家用電器設備可以即插即用，并能共同工作，實現家庭自動化。
CEBus參考了ISO的OSI7層模型設計，但比OSI模型簡單，包含物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層，其中應用層還包括消息傳輸子層。
CEBus采用NRZ編碼體制，用脈沖寬度表示信號，如表1所示，其中UST（Unit Symbol Time）為單位符號時間，是編碼和解碼的計時基準，EOF即End of Frame，EOP即End of Packet。
2.2SSC PL信號
SSC PL信號利用一系列短促的、可自同步的掃描頻率chirps作為載體，每個chirps一般持續100 μs，他代表了最基本的通信符號時間（UST）。這些chirps覆蓋了100～400 kHz的頻帶，并總是以200～400 khz的頻率開始，繼而以100～200 kHz的頻率結束。如圖1所示，由于chirps信號的線性掃描帶寬比信號帶寬要大得多，其線性加速度是較高的，而CW干擾的頻率加速度一般是穩定的，所以只要將濾波器設計成只能通過具有特定角加速度的信號，就可以將CW干擾排除在外。另外，此種chirps波形還具有很強的自相關特性，這種模糊邏輯的相關性決定了所有連接在網絡上的設備，可以同時識別從網上任意設備發出的這種獨特波形，并且不需要在發送和接收設備間進行同步。
2.3SSC RF信號
CEBus規定分組由3部分組成：報頭、分組包和CRC。收發器能解碼并去除報頭信息。分組包信息存儲在節點中等待主機讀取，或是傳送到媒介上去。節點檢驗收到分組的校驗值，并返回成功或失敗信息。
信號以UST兩個狀態相位Φ1和相位Φ2來編碼，相位Φ1為“FFFRRFR”，相位Φ2為“RRRFFRF”（前向“F”，反向“R”）。其中1個狀態分為7個子狀態，每個子狀態由360 chip擴頻序列組成，chip基本速率為25200 MHz。如圖2所示。
傳輸能量在360個chip序列上均勻分布，波形大約在4.2～6.3 MHz之間掃頻，如圖3所示。
下面主要介紹分組包的編碼規則：分組包采用反相鍵控（PRK）調制技術。PRK用相位Φ1和相位Φ2進行編碼，二者相位相差180°。由表1得出：在分組包中，信號“1”占用1個UST，信號“0”占用2個UST。收發器傳輸完報頭的EOF信號后，用PRK傳輸分組剩下的數據。報頭的EOF信號對應Φ1，符號“1”對應Φ1，符號“0”對應Φ2。報頭EOF信號后的第1位符號與之相位相反，圖4所示為分組包編碼實例。
3P485的工作原理和特點
Intellon公司的P485網絡接口控制器具有如下特點：
(1)適用于與CEBus兼容的低價位產品；
(2)提供EIA600標準中數據鏈路層的服務；
(3)提供EIA600標準中物理層的收發器；
(4)提供SSC的PL技術；
(5)＋5 V供電；
(6)波特率為9600 b/s；
(7)提供簡單外圍接口；
(8)20針的SOIC封裝。
圖5為P485的管腳圖，圖6給出P485網絡接口控制器的節點方框圖。P485提供了通訊中物理層的協議服務。主處理器負責將命令和數據翻譯過來提供給用戶使用，并提供上層（包含應用層、網絡層和數據鏈路層）的通迅協議。模擬數據是通過信號輸入腳（SI）與信號輸出腳（SO）在PL與P485之間進行傳輸的。而輸出信號的放大和濾波、輸入信號的濾波和PL的耦合則需要由外部分立元件來完成。
模擬通訊信號首先從其SI腳進入SSC P485，然后被緩存放大器（Amp）放大。放大后的信號通過1位的A/D轉換器轉化為數字信號，以便于對信號進行數字信號處理。對輸入信號的數字信號處理包括用匹配濾波相關器檢測擴頻“chirps”波形，并追蹤已收到的信號。信號狀態信息經由DSP電路傳輸到邏輯接口進行解碼，協議功能和最終的分組傳輸到主處理器。
將要發送的分組從主機傳送到P485邏輯接口，再傳輸到DSP功能模塊。DSP通過ROM查詢表來產生擴頻載波高層和低層狀態，此表可驅動8位D/A轉換器產生擴頻“chirps”模擬波形，當三態信號被置為高時，此波形經緩存后從SO腳輸出，經功率放大模塊（如P111）和變壓器等耦合道電力線上。
4結語
作為通訊技術的一個新興應用領域，電力載波通訊PLC（Power Line Communation）技術以其誘人的前景及潛在的巨大市場而為全世界所關注，成為世界各大公司及研究單位爭相研究的熱點。
2002年7月，德國RWE公司在全球第一個推出了通過PL上網的業務，緊跟著西班牙的DS2公司宣布已實現最高達45 MHz的傳輸速率。除德國以外，其他一些國家如日本、韓國、西班牙和新加坡的電力公司也正在籌劃如何利用該項技術提供通信服務。為此，國內的電力部門進一步加大了對這項技術的開發力度，福建省電力試驗研究院成功的研制 “10 Mb/s調整電力調制解調器”，填補了我國在這一領域的空白。PLC的生存空間將隨著時間的推移不斷被其他接入方式壓縮，盡快推出成熟的技術，是PLC進入市場的關鍵。
參考文獻
［1］Morgan Chan H L，Robert Donaldson WAttenuation of communication signals on residential and commercial intrabuilding powerdistribution circuits［J］IEEE Transactions on Electronmagnetic Compatibility，Vol.EMC 28，No.4，Nov.1986.220～230
［2］查光明擴頻通信［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2001
[3］http://www.intellon.com
