笔者设计了一个遵从CEA709 协议 的、DSP控制的电力线通信模拟前端接口。
引言
随着电子技术和网络技术的发展，运用电力线作为载体进行信号传输受到人们越来越多的重视，得到了越来越广泛的应用。电力线是当今最普通、覆盖面最广的一种物理媒介，由其构成的电力网是一个近乎天然的物理网络。如何利用电力网的资源潜力，在不影响传输电能的前提下，将电力输送网和通信网合二为一，使之成为继电信、电话、无线通信、卫星通信之后的又一通信网，是多年来国内外科技人员技术攻关的一个热点。电力线载波通信就是在这种背景下产生的，它以电力网作为信道，实现数据传递和信息 交换 。电力线作为载波信号的传输媒介，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。
作为通信技术的一个新兴应用领域，电力载波通信技术以其诱人的前景及潜在的巨大市场而为世界关注。我国从上世纪50年代开始从事电力线载波通信技术的研究。90年代以后，电力线载波技术的需求随着我国经济的发展进一步扩大。目前，该技术开始应用于家居自动化、远程抄表、宽带上网等领域。专家介绍，在一些干扰大、布线困难的工业领域若要实现自动化控制，采用电力载波通信方式能达到事半功倍的效果，因此，电力网又被喻为“未被挖掘的金山”。
实现电力线载波通信的方法有很多，通常利用一个专用通信芯片实现系统的调制解调部分，而系统的应用部分则使用另一个控制器来完成，这种双片法是一种不错的选择。随着数字信号处理技术的发展，可以合二为一，一个高级的DSP控制器可以实现电力线调制解调器的功能。DSP控制器可以在软件上实现调制解调器功能，用片上外设在电力线上通过模拟终端接口,来实现接收和发送。
本文叙述的是一个遵从CEA709[1] 协议 ,使用定点DSP控制器（TMS320LF2812）,从软件和硬件上来实现电力线调制解调器的系统。文中描述了模拟终端具体的设计方法,而这个终端对稳定的收发运行过程来说是必要的。
1 基于CEA709 协议 的系统框架
图1为ANSI/CEA709协议标准的物理框图。该协议的详细说明可见参考文献[1]。
安全 、能源和环境管理等领域应用广泛的控制网络平台LonWorks成为中国国家标准指导性技术文件。全球的楼宇、家庭、工业和运输自动化业目前大量采用了基于LonWorks平台。LonWorks平台是世界上最大住宅智能电表网络的核心技术平台，被瑞典、荷兰和澳大利亚等国家的住宅和小型商业电表的智能表所采用，而运行在此平台上的协议是美国控制网络标准ANSI/CEA709。目前，已有越来越多的中国生产厂和集成商采用了ANSI/CEA709协议标准，例如在青藏铁路——世界上最长的高海拔铁路列车上，利用LonWorks技术平台，采用ANSI/CEA709协议用于技术监测和控制各种系统，包括监测最先进的旅客用供氧系统。
对于图1中的CEA709物理层框图，用DSP来实现CEA709调制解调器功能的系统框图如图2所示。DSP（TMS320F2812）具有 150 MIPS的计算能力,信号采集使用一个12位片上模/数转换器,其转换速度为12 MSPs，DSP提供多PWM来适应电力线调制解调器。
图5 三级波形结构
对式（2）求最小的总谐波失真,则最佳脉宽大约是周期T的37%；然而,这还没有考虑到低通滤波产生的影响。如果用二阶低通滤波器,将会得到不同的结果。在模拟时，二阶低通滤波器的Q设置为2.3。如果Q很大,THD会更好,但是会造成码间干扰，因此,最好是把正负数字脉宽设为脉冲周期的1/3 长,将低通滤波器角频率和数字脉冲序列的频率设为相同。1/3脉宽可以通过使用12倍于发送波形频率的定时时钟信号来获得，如图5所示。通过使用1个模拟电路,将2个数字信号相加,而后低通滤波器滤掉谐波,就可以从PWM输出获得正弦波。
这样,就求得了所有定义发送放大器部件的参数，通过以上的参数可以设计调制解调器模拟终端。
3 结论
本文只对电力线调制解调器的硬件设计过程进行了描述，软件设计主要是根据CEA709协议的要求通过DSP来完成的。在设计和实现中还有许多关键技术问题需解决，因篇幅所限未作详细说明。这个基于单一定点DSP控制的调制解调器硬件系统在各种电力条件下进行检测，其功能较稳定和可靠，正应用于智能家居的系统中。
