Cebus与Intellon扩频载波电力线(PL)通讯产品

    在当今的世界范围内，人们都期望着利用现有的电力线（PL）进行信息的传送，并最终能够达到四遥（即遥测、遥迅、遥控和遥调）的水平，这样就可以节约大量的人力、物力和财力。国内外许多公司和研究单位都在对此进行研究和开发，可以说PL载波通讯方兴未艾，但是就目前的技术发展水平而言，其性能还有待进一步加以改进。

    从技术角度而言，在利用PL作为传输媒介的通讯过程中，主要存在着以下几个不利因素，它们对于PL上信号的传输都有着较大的影响，其中，第3、4方面尤为重要。

1、可变的信号衰减和PL阻抗：

信号衰减和PL阻抗的变化是与所传输信号的频率及其物理位置相关联的。在某些情况下，PL阻抗可小于0.1欧姆，但在另外的条件下，它又会增大到100欧姆左右；同样，信号衰减在多数情况下都小于55 dB，但有时又可高达100 dB。这些情况对于载波信号的稳定传输都有着较大的影响。

2、 阻抗调制：

1. 阻抗同时也与时间有一定关系。一般而言，在交流波形中，信号接近零点的部分比其波峰部分具有更高的阻抗，这个现象可以通过电源的操作来作一些解释：如果线性电源的整流器在波形的波峰处开始工作的话，则通过变压器，整流器就会与电源的低阻抗电容相连，从而导致了此时具有较低阻抗的状态。
   
   3、 脉冲噪声；（Impulse-Noise）：

1. 脉冲噪声应该说是PL通讯中存在的最大障碍。由于脉冲噪声具有瞬间、高能和覆盖频率范围广的特点，因而对于载波信号传输的影响相当大，不仅会造成信号的误码率（PER）高，使得接收装置无法对信号进行正确的纠错；另外，它还有可能使接收设备内部产生自干扰，严重影响整个系统的工作。所以，对这种干扰的抵御就显得尤为重要了。
   
   3、 等幅振荡波干扰（Continuous-Wave jamming）：

CW干扰源包括有意干扰源和无意干扰源两种。前者如婴儿监控器，或对讲机等家庭用产品，其工作频率都在100到300 KHz之间；而后者（如电源开关等）产生的主谐波频率也都在50 KHz以上。这些频率范围恰恰是大多数载波信号的频率范围。因而，这种干扰所占的比重也是较高的。

为了排除以上所述的各类干扰，在目前的PL通讯产品中，主要使用两种方式，即窄带通讯方式和扩频通讯方式。因为窄带通讯技术价格低廉并且较为容易实现，所以在以往的应用中比较流行；但在目前的实际应用中，为了实现用于家庭或经济产品上的通讯与控制网络，需要更为可靠的多用户环境的PL通讯技术，扩频载波通讯技术就应运而生了。

扩频通讯相对于窄带通讯而言具有一定技术上的优势，主要表现在抗干扰方面。因为扩频载波信号的带宽通常较大（几十至几百KHz），所以其受干扰的频率范围所占比例相对减小，换句话讲，就是各种噪声仅能影响到一小部分所要传输的信号，而大多数的信号都能够完整、正确的到达目的地，所以对于各种类型的干扰都具有较强的抵抗性。对于最常见的脉冲噪声而言，尽管窄带通讯中的接收器具有较窄的通带，使得仅有一小部分噪声能进入接收器，但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因素，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰，而引起它对传输来的信号产生误操作；而使用低品质因素的滤波器又会使通带带宽加大，令更多的噪声进入接收器，所以窄带通讯对脉冲噪声的抵抗性较差。然而利用扩频技术，当接收到具有较大能量的噪声信号时，接收器会在噪声的高能部分到达时自动停止工作，所以接收方仅对一小部分受影响的信号进行纠错解码即可；另外，扩频接收设备使用的滤波器具有较低的品质因素，因而不会造成系统自干扰，所以扩频技术具有较强的抗噪能力。

　　一般来讲，目前实现扩频有三种途径：即直接序列调制、跳频载波和利用Chirps扫描频率进行载波。

1、直接序列调制（Direct-Sequence Modulation）：此技术是将信号的能量平均分布于整个频带内，并通过伪随机序列将数据流倍加来使信号得以扩频，此序列具有数倍于所传信号二进制数据位率的符号速率。
2、 跳频载波（Frequency-Hopping）：即扩频信号在某一频率通过延续一段时间，来代表数据的一位、几位或是一位的一部分。当信号在某一频率上受到干扰时，信号就可切换到扩频带宽内的其他频率上去，因而大大降低了其受干扰的程度，这种方法对于CW干扰有较强的抵抗性。
3、利用扫描频率的Chirps进行载波：此方法多用于类似于以太网的CSMA网络，它利用一系列短促的、可自同步的扫描频率chirps作为载体（见下图），每个chirps一般持续100 us，它代表了最基本的通信符号时间（UST）。这些chirps覆盖了100-400 KHz的频带，并总是以200-400 Khz的频率开始，继而以100-200 KHz的频率结束。由于chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度是较高的，而CW干扰的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将CW干扰排除在外。另外，此种chirps波形还具有很强的自相关特性，这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备，可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形，并且不需要在发送和接收设备间进行同步。

综上所述，利用扩频技术进行载波通讯具有其技术上的先进性。在此，谨向您介绍一种电力线扩频载波产品棗美国Intellon公司PL系列产品。

在扩频通讯行业处于领先地位的美国Intellon公司多年来一直致力于PL载波通讯领域，将其独特的扩频载波（Spread Spectrum Carrier，即SSC）技术完美的应用于其产品中，使得PL通讯的性能得以改观。其所有产品（含PL和RF两个系列）都满足美国电子工业协会（EIA）所制定的用户电子总线标准（CEBus），即EIA-600。并主要应用于家庭内部网络（对HVAC系统或照明设施等进行联网控制）、水电气费管理（如远程抄表）、通讯、安全保卫系统和其它分布式自动控制系统。

Intellon公司的PL系列产品就是利用上述的Chirps扫描频率进行载波来对信号进行扩频的。由于其所依托的技术，使得其产品在速度、抗干扰性、可靠性及价格等诸多方面具有其市场优势，而这一点正是所有用户所最关心的。

1997年，在原有产品的基础上，Intellon公司又推出了其最新的电力线载波通讯芯片：SSC P300网络接口控制器IC和SSC P111媒介接口IC。拥有这两片高度集成化的芯片，您就可以完成网络中每个控制节点的功能。

SSC P300 PL网络接口控制器为一个高度集成化的电力线收发器和信道存取接口,它适用于与CEBus兼容的产品。SSC P300提供了用于EIA-600标准信道存取和通讯服务的数据链路层控制逻辑，扩频载波的电力线收发器，信号调节电路以及与SPI兼容的主处理器接口。另外，接到电力线上所需的外部电路是非常少的。SSC P300与主处理器一起即可构造与CEBus兼容的产品,并在各种低廉的电力线网络应用中,充当基本的通讯单元。

SSC P300的特性为:

●提供EIA-600标准中数据链路层（DLL）的服务；
●提供EIA-600标准中物理层的收发器；
●提供针对PL的SSC技术；
●提供SPI(串行外围接口)的主处理器接口；
●提供数据链路模式、控制器模式和监控模式；
●可进行即插即用；（Home Plug & Play）
●为20针的SOIC封装，大小约为1.3 cm x 1.0 cm。

SSC P111的特性为：

●将功率放大器和三态功能集合为CEBus的电力线（PL）物理接口；
●可代替多达30余个分立元件，不仅节省了电路板上的空间，而且提高 了工作的可靠性；
●提供的高驱动能力输出功率放大器（10欧姆负载下,峰-峰电压为6V），满足EIA-600（CEBus）标准中，关于输出到普通阻抗和低阻抗电力线时所指定的电压值，增强了低阻抗条件下的性能；
●提供了内部温度保护电路以确保系统的可靠性；
● 封装形式为16针的SOIC，大小约为1.0cm x 0.74cm。

以下，我们提供了一个应用SSC P300和SSC P111的参考电路框图。

    由于Intellon公司遵循CEBus标准，其所有产品都将以10Kbps的速率进行信号传输。并且，其PL产品是利用ASK（振幅移位键控）和PRK（反相键控）两种波形调制方法对信号进行处理，使得其产品具有其独特的技术和市场优势。当然，作为一个产品，也必然存在一些有待解决的问题，Intellon公司的产品也不例外。就目前而言，其PL通讯产品仍旧无法跨越变压器，这就在一定程度上限制了应用的范围，同时，其传输距离较RF产品还有一定距离，这些都是将来需要进一步加以改进的。但从整体角度来说，Intellon公司的PL系列扩频载波产品还是具有较高应用价值的，希望在不久的将来，我们能够将PL通讯产品进行广泛的应用，使得我国的通讯质量与水平迈上一个新台阶。

    CCEDESIGN作为专业信息家电推广单位特准备使用Intellon公司PL200的测试评估板供大家测试，详情请联系enxia@ieee.org