沈芳，刘波峰
(湖南大学 电气与信息工程学院湖南长沙410082)
摘 要：介绍了Intellon公司的扩频载波（Spread Spectrum Carrier）技术及P485 PL网络接口控制器的功能和工作原理。
关键词：消费电子总线；扩频载波技术；P485；电力线
家庭自动化系统从20世纪70年代后期开始出现，即将PC机、电话、音响甚至电冰箱等电器连成一个网络，实现遥测、遥控、遥讯和遥调功能，各种设备都能通过普通电源插座，由已有的电力线连接起来组成局域网。从技术角度而言，在利用PL（电力线）作为传输媒介的通讯过程中，主要存在以下几个不利因素：
(1)可变的信号衰减和PL阻抗；
(2)阻抗调制；
(3)脉冲噪声（Impulse Noise）；
(4)等幅振荡波干扰（Continuous Wave Jamming）。
为了排除以上所述的各类干扰，在目前的PL通讯产品中，主要应用扩频通信技术（Spread Spectrum Communication,SSC）。
1概述
扩频通信是将待传送的基带信号用扩频序列发生器产生的伪随机编码做扩频调制，实现频谱扩展后，形成相当带宽的低功率谱密度信号再传输，接收端采用同样的伪随机编码通过相关处理恢复成窄带后再解调数据,恢复出原始信息。
在扩频通信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CEBus标准，即EIA600，并主要应用于家庭内部网络、水电气费管理、通讯、安全保卫系统和其他分布式自动控制系统。
2SSC技术介绍
2.1CEBus简介
CEBus(Consumer Electronics Bus，消费电子总线)是EIA为消费电子产品制定的一种通讯和产品互操作性的标准，该标准的制定主要是定位于家庭，但并不局限于家庭，定义了在家用电器之间通讯所使用的通讯介质和协议。使得遵循同样标准的家用电器设备可以即插即用，并能共同工作，实现家庭自动化。
CEBus参考了ISO的OSI7层模型设计，但比OSI模型简单，包含物理层、数据链路层、网络层和应用层，其中应用层还包括消息传输子层。
CEBus采用NRZ编码体制，用脉冲宽度表示信号，如表1所示，其中UST（Unit Symbol Time）为单位符号时间，是编码和解码的计时基准，EOF即End of Frame，EOP即End of Packet。
2.2SSC PL信号
SSC PL信号利用一系列短促的、可自同步的扫描频率chirps作为载体，每个chirps一般持续100 μs，他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。如图1所示，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。
2.3SSC RF信号
CEBus规定分组由3部分组成：报头、分组包和CRC。收发器能解码并去除报头信息。分组包信息存储在节点中等待主机读取，或是传送到媒介上去。节点检验收到分组的校验值，并返回成功或失败信息。
信号以UST两个状态相位Φ1和相位Φ2来编码，相位Φ1为“FFFRRFR”，相位Φ2为“RRRFFRF”（前向“F”，反向“R”）。其中1个状态分为7个子状态，每个子状态由360 chip扩频序列组成，chip基本速率为25200 MHz。如图2所示。
传输能量在360个chip序列上均匀分布，波形大约在4.2～6.3 MHz之间扫频，如图3所示。
下面主要介绍分组包的编码规则：分组包采用反相键控（PRK）调制技术。PRK用相位Φ1和相位Φ2进行编码，二者相位相差180°。由表1得出：在分组包中，信号“1”占用1个UST，信号“0”占用2个UST。收发器传输完报头的EOF信号后，用PRK传输分组剩下的数据。报头的EOF信号对应Φ1，符号“1”对应Φ1，符号“0”对应Φ2。报头EOF信号后的第1位符号与之相位相反，图4所示为分组包编码实例。
3P485的工作原理和特点
Intellon公司的P485网络接口控制器具有如下特点：
(1)适用于与CEBus兼容的低价位产品；
(2)提供EIA600标准中数据链路层的服务；
(3)提供EIA600标准中物理层的收发器；
(4)提供SSC的PL技术；
(5)＋5 V供电；
(6)波特率为9600 b/s；
(7)提供简单外围接口；
(8)20针的SOIC封装。
图5为P485的管脚图，图6给出P485网络接口控制器的节点方框图。P485提供了通讯中物理层的协议服务。主处理器负责将命令和数据翻译过来提供给用户使用，并提供上层（包含应用层、网络层和数据链路层）的通迅协议。模拟数据是通过信号输入脚（SI）与信号输出脚（SO）在PL与P485之间进行传输的。而输出信号的放大和滤波、输入信号的滤波和PL的耦合则需要由外部分立元件来完成。
模拟通讯信号首先从其SI脚进入SSC P485，然后被缓存放大器（Amp）放大。放大后的信号通过1位的A/D转换器转化为数字信号，以便于对信号进行数字信号处理。对输入信号的数字信号处理包括用匹配滤波相关器检测扩频“chirps”波形，并追踪已收到的信号。信号状态信息经由DSP电路传输到逻辑接口进行解码，协议功能和最终的分组传输到主处理器。
将要发送的分组从主机传送到P485逻辑接口，再传输到DSP功能模块。DSP通过ROM查询表来产生扩频载波高层和低层状态，此表可驱动8位D/A转换器产生扩频“chirps”模拟波形，当三态信号被置为高时，此波形经缓存后从SO脚输出，经功率放大模块（如P111）和变压器等耦合道电力线上。
4结语
作为通讯技术的一个新兴应用领域，电力载波通讯PLC（Power Line Communation）技术以其诱人的前景及潜在的巨大市场而为全世界所关注，成为世界各大公司及研究单位争相研究的热点。
2002年7月，德国RWE公司在全球第一个推出了通过PL上网的业务，紧跟着西班牙的DS2公司宣布已实现最高达45 MHz的传输速率。除德国以外，其他一些国家如日本、韩国、西班牙和新加坡的电力公司也正在筹划如何利用该项技术提供通信服务。为此，国内的电力部门进一步加大了对这项技术的开发力度，福建省电力试验研究院成功的研制 “10 Mb/s调整电力调制解调器”，填补了我国在这一领域的空白。PLC的生存空间将随着时间的推移不断被其他接入方式压缩，尽快推出成熟的技术，是PLC进入市场的关键。
参考文献
［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］查光明扩频通信［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2001
[3］http://www.intellon.com
