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電力線網絡是迄今為止世界上最大的網絡。使用電力線通信的想法最早可追溯至1920年，當時安裝在專用線纜上的通信設備數量遠遠多于目前在交流電力線上安裝的設備數量。
當前，電力線通信應用范圍從高速寬帶因特網連接到窄帶控制應用和低帶寬數據收集，在這些應用中，低成本和高可靠性是主要的設計限制。在室內環(huán)境中，窄帶電力線通信使家庭和樓宇中的供暖、空調、照明、房間設計方案編程和安全系統(tǒng)能夠實現自動化。在室外，窄帶電力線網絡允許控制街道照明或遠程收集功率表中的數據，進而簡單流程節(jié)省大量的能源。
OFDM VS FSK
電力線通信調制解調器技術面臨多個挑戰(zhàn)，其中包括電力線固有的噪聲、各種不同的電力線通信調制解調器協(xié)議和不斷發(fā)展的標準，所有這些挑戰(zhàn)都要求系統(tǒng)設計具有靈活性。
但是，廣泛遍布的交流電力線對環(huán)境很敏感，是一種最困難的有線通信媒介。眾多不可預知的干擾、衰減和失真，包括寬范圍的阻抗變化、高衰減電平、多路徑時延傳播等等。10kHz至500kHz的低頻區(qū)域最容易受串擾、背景噪聲、脈沖噪聲和群延遲等的影響。要在如此惡劣的條件下可靠、準確、低時延地傳輸高速寬帶數據信號，必須找到一種能克服各種障礙的綜合技術。很多公司嘗試了多種不同的調制技術，如：擴展頻譜以及其它窄帶方法。但是沒有一個方案能夠達到目前應用所需的長距離、高速可靠的數據通信要求。
實現PLC技術突破的基本技術是在物理層采用OFDM，即“正交頻分復用”技術；以及在MAC層采用CSMA/CA，即“帶碰撞檢測的載波監(jiān)聽多路訪問”技術。
正交頻分復用 (OFDM)調制技術可以高效利用帶寬，因此可采用更先進的通道編碼技術。能夠在窄帶干擾、脈沖噪聲和頻率選擇性衰減的情況下提供非常可靠的通信。圖1顯示了 OFDM要比窄帶數據通信性能優(yōu)異的原因。對于 OFDM (圖1a)，10kHz至95kHz之間采用八個載頻，可有效利用 85kHz通道帶寬。相比之下，窄帶方案 (圖1b)在相同帶寬僅可采用兩個載頻送數據。兩種情況都發(fā)送 4位數據位和 4位糾錯位。圖1a中， OFDM可采用單個字符發(fā)送全部8位數據。圖1b中，窄帶發(fā)送同樣數據需要四個字符。由于OFDM的頻譜利用率更高，因此可以使用相同通道發(fā)送更多數據，實現更高的數據速率。
先進的網絡技術可以保證高度安全的可靠通信網絡。具體來說，用CSMA/CA方法控制多節(jié)點分布網絡中的數據流，自動重復請求(ARQ)功能保證可靠的數據包發(fā)送和接收。還可以集成快速DES加密/解密協(xié)處理器，以增強數據安全性。
采用OFDM的MAX2990
2008年12月，法國電力集團的全資子公司法國電網輸送公司(ERDF)宣布將制定和開發(fā)下一代電力線通信(PLC)規(guī)范及解決方案的合同交給Maxim公司。ERDF計劃在全法國配備AMM基礎設施中采用Maxim的首款基于OFDM的PLC調制解調芯片MAX2990，管理整個電力供應鏈——從電力供應商直至終端用戶。
據Maxim SP&C產品線中國區(qū)經理Henry Chan介紹，AMM基礎設施將通過現有的電力線，在儀表、傳感器和中繼之間實現雙向通信，從而提升ERDF的監(jiān)測和控制能力，同時還將提高終端用戶了解電力使用情況的透明度，加強客戶端的用電管理。
Henry還透露，Maxim在國內的推廣也在進行中。一月份Maxim和北京的一家公司合作在某個小區(qū)里進行了電力信號的傳輸測試，實現了從地下二層的配電室到200米外的大樓的18層的成功傳輸。
MAX2990是Maxim在2008年6月推出的首款基于OFDM的PLC調制解調器。MAX2990采用具有DBPSK調制和前向糾錯(FEC)功能的OFDM技術，能夠在存在窄帶干擾、群延遲、信號阻塞、脈沖噪聲和選頻衰減等干擾的情況下進行可靠的數據通信。MAX2990符合國際電力線通信規(guī)范，包括CENELEC、FCC和ARIB。在工作頻率范圍10kHz至490kHz內，支持大于100kbps的有效數據速率。
Henry表示，評估調制解調器時，最重要的一個因素是在給定信噪比(SNR)條件下的誤碼率(BER)。BER為在特定噪聲級別下，錯誤比特數與傳輸總比特數的比值。
典型的FSK系統(tǒng)在2kbps數據速率、12dB SNR條件下具有104的BER，MAX2990在10kHz至95kHz的Cenelec波段、32kbps的數據速率、4dB SNR條件下可達到相同的BER。所以，采用具有糾錯的OFDM技術能夠在更高的數據速率下提升8dB的性能。
OFDM系統(tǒng)具有更多數量的信號頻點，因而MAX2990能夠完成諸如Reed Solomon和卷積編碼等數據恢復算法。這些通道譯碼技術提供糾錯位，能夠在不同的頻點上與數據同時傳輸，以提高數據恢復能力。
MAX2990在單個芯片內集成了物理層(PHY)和媒體訪問控制(MAC)層，以及Maxim的16位RISC MAXQ微控制器。MAX2990具有32kB的閃存，用于運行MAC編碼和用戶定義的應用軟件，器件還帶有8kB的SRAM用于數據存儲。此外，MAX2990支持通過UART、SPI和I2C等串行接口與電力線和網絡上的其它設備進行通信。
圖2 MAX2990 結構圖
