基于PL3201芯片的电力线载波通信技术应用

　　(1)图1中，SIGIN为PL3201载波接收端，SIGOUT为PL3201载波发送端，L-220V、N-220V为电力线。载波信号发射端由PL3201内部调制扩频电路完成，载波发送端波形大致为0～5V方波，并包含有丰富的谐波信号，经过放大和滤波整形电路后，耦合到电力线上。
　　

　　(2)陶瓷滤波器为通频带，在中频480kHz附近，载波信号接收端经过信号衰减，谐振电路完成对有用信号的带通滤波。进入到SIGIN端为120kHz、幅值为0.7V左右的有用信号，接收信号进入芯片后进行混频处理。芯片内部将接收到的120kHz有用信号与600kHz的内部本振信号进行混频，得到480kHz的中频带宽的差频信号。混频信号经过陶瓷滤波器滤波后再进入芯片进行内部解扩和有效数据的还原。

　　1．3 系统软件设计
　　

　　系统软件中载波分为两个部分，载波接收部分和载波发射部分。其流程图如图2所示。

　　载波通信时，CPU使用外部中断2，可以使用查询和中断两种方式，其内部有专用的载波寄存器。载波通信采用帧同步方式，与常见的异步通信方式操作基本相同，使软件处理复杂度大大降低。
　　

　　载波通信发送过程：载波单元在每次置为发送状态后，硬件会自动首先发送40个伪码周期的全“1”序列，用于使接收端与发送端伪随机码同步，通过配置载波发送前导序列寄存器的值来改变发送全“1”序列的个数。将数据根据协议组织完成后，按字节方式写入SSC_BUF寄存器后，载波单元自动发送该字节，当判断到载波通信状态寄存器的收发状态指示位为“1”时（上1字节数据发送完后产生的指示标志），可以发送下1字节数据，直到全部数据发送完成。
　　

    载波通信接收过程：载波通信单元置为接收态后，硬件会在每次伪随机码同步后，开始从数据流中搜寻帧头序列，当检出帧头序列后，才真正开始接收数据。通过置帧头标志（FHF）与数据终端准备好标志（DRT）相配合，完成数据的接收和识别。在进行载波通信时，必须将通信双方的伪随机码序列、速率、地址设置成一致，才能正常通信。实际应用中将使载波通信具有较高的保密性，同时可以彻底解决多台区间的通信串扰。

    2 运行结果及分析
　　

    2004年8月由某第三方公司在北京某大型住宅区将本电能表抄表模块评估板与其他三家国内载波抄表通信产品一起做了一次通信性能对比实验。实验所选择的电网区域用户密集（同一配变下共计1 500多户），电网分叉复杂，供电覆盖范围大（共计23栋100多个单元），是典型的恶劣通信信道环境。图3是在该小区现场采集的电力线上传输信号的波形，注意两处高耸的部分是家用电器及其开关电源引起的周期性噪声，中间平坦的波形是通信信号。该模块在这样的干扰情况下仍然可以稳定正常地传输数据。

　　其现场部分楼体示意图如图4所示。实验中将四家产品的评估板统一设置为接收状态并置于图示中①号楼位置，而将设置为发送状态的各评估板放到其他位置逐一测试。如果位置①的相应接收设备正确接收到数据包则显示成功信息。在位置②，由于距离较近，所有通信产品均顺利通过。在位置③，PL3201评估板首先顺利通过，而其他三家通信产品接收成功率最高为50%。接下来PL3201 还继续在④号位置、⑤号位置相继通过了测试，显示出绝对的性能优势。后经过单独误码及误包率测试，不同位置PL3201 的通信情况如表1所示。通过PL系列芯片的自身通信对比试验，由于PL3201 采用了全新的数字信号处理及CDMA技术，因而在低信噪比情况下的误包率远远低于前几代产品，表现出极强的抗干扰能力。

　　本文在分析低压电力线载波通信特征的基础上，提出了一种基于PL3201SoC芯片的电力线载波通信实现方案。按以上原理设计的载波通信产品，具有很高的接收灵敏度和很强的抗干扰能力。实验条件下，因更好地采用了CDMA多址技术，达到了令人满意的通信成功率。在各种低压电力线载波通信系统中，由PL3201 实现的解决方案具有良好性价比、高可靠性。同时SoC 芯片通过ISP 方式编程，产品升级、功能扩展灵活、方便，达到了低成本、高可靠性的设计要求。

    参考文献