引言电力线通信(PowerlineCommunication)简称"PLC"，是利用输电和供电的电力线进行高速数据传输的技术。电力线遍布城市和乡村，PLC通过电力线传输数据，不需要增设更多的线路及设备，只需将调制解调器插入电力插座就可以通信，使用简单，成本低廉，有利于信息资源共享和家电上网。随着市场的发展，电力线上网IC价格在逐步下降。目前PLC在单线成本上与xDSL、电缆调制解调器相当。在速率上，电力线上网已经迎来了200Mbps的

引言

电力线通信(Powerline Communication)简称"PLC"，是利用输电和供电的电力线进行高速数据传输的技术。电力线遍布城市和乡村，PLC通过电力线传输数据，不需要增设更多的线路及设备，只需将调制解调器插入电力插座就可以通信，使用简单，成本低廉，有利于信息资源共享和家电上网。随着市场的发展，电力线上网IC价格在逐步下降。目前PLC在单线成本上与xDSL、电缆调制解调器相当。

在速率上，电力线上网已经迎来了200Mbps的时代，这足以满足数字家庭的安全、教育、娱乐等要求，是理想的骨干网络。

电力线传输需要解决的问题
电力线网络设计的最初目的是传输电能，只是近年来在市场的需求下才作为家庭网络的信息接入方式之一，因此电力线传输存在的明显缺点就是噪声大和安全性低。尽管电力线可以作为高速通信的一种备选介质，但电力系统的基础设备并不具备提供高质量数据传输服务的功能，家庭电器产生的电磁波会对通信产生干扰。另外，采用电力线上网服务是一种共享带宽的技术，传输速度取决于当时上网用户的数量，如果用户较多，则网速就较慢。

HomePlug AV技术规范简介
HomePlug AV由电力线通信技术领域的权威国际机构--家庭插电联盟（HomePlug）制定，此机构自2000年成立以来，陆续制定了一系列的PLC技术规范，包括HomePlug 1.0、HomePlug 1.0-Turbo、HomePlug AV、HomePlug BPL、HomePlug Command & Control，形成了一套完整的PLC技术标准体系，基本上覆盖了所有电力通信技术的应用领域。

HomePlug AV是PLC有关音频-视频宽带家庭网络的技术规范，它支持多个数据和视频流的分配，包括遍布整个家庭的高清晰度电视(HDTV)和标准清晰度电视(SDTV)，支持家庭娱乐应用，包括HDTV和家庭影院。

HomePlug AV的基本技术特征是：HomePlug AV在物理层采用具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM，在MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求（ARQ）可靠传送。HomePlug AV支持TDMA和FDMA，即兼容时分多址和频分多址，以便兼容BPL宽带接入。HomePlug AV前向兼容HomePlug 1.0，其协议栈支持多种上层协议，如802.3、IPand UPNP。

HomePlug AV 电力线调制解调器硬件结构及设计要点

INT6300性能特点
INT6300是INTELLON公司提供的一款符合HomePlug AV规范的电力线上网IC。采用OFDM调制模式，支持1024/256/64/16/8-QAM、QPSK、BPSK和ROBO等多种调制模式，速率可达200Mbps。电力线信息采用128位AES加密方式，相对HomePlug 1.0标准采用的56位DES方式，安全性得到了大大的提高。

INT6300支持QoS管理。分为4级方式CAP(3-0)，CAP3优先级别最高，CAP0最低。CAP3优先级别可用于语音和网络管理帧，CAP2优先级别可用于视频流和音乐，CAP1、0用于数据网络通讯。

电力线调制解调器硬件结构
从图1可知这是一个单芯片方案。INT6300的内核为ARM926EJ-S的32位RISC处理器，系统的软件存储在大容量的SPIFLASH中。此系统中所选择的SPI FLASH容量大小为16Mbit。可以设置系统启动时，启动代码存放在SPI FLASH中。当系统启动时，所有程序拷贝到SDRAM中。

INT6300有3种工作模式：MIIPHY模式、MII MAC模式、PCI模式，在此设置为MI MAC工作模式，与REALTEK公司的PHY CHIP相连，提供一个RJ45接口连到用户的网口上。

I60是INTELLON公司设计的一个驱动IC。当网口过来的数字信号通过MII接口传到INT6300，INT6300内部的AFE（模拟前端）电路变为模拟信号，经过I60放大电路，再经过耦合器耦合到电力线上。发送到电力线上的信号频率范围是：2MHz-28MHz。

电力线接收部分为一个LC的带通滤波电路，这个带通滤波的频率范围是2MHz-28MHz。经过带通滤波电路出来的信号送到INT6300的AFE接口，INT6300把模拟信号变为数字信号，通过MII接口送到RJ45上。

由于电力线是一种共享式的总线，因此INT6300应该工作在半双工模式下。即发射时，接收部分的电路不工作，接收时，发射部分不工作。

电力线调制解调器设计要点
在复位信号的上升沿，INT6300读取配置信息，正确设置自身工作状态。
在此，设置HM_SEL[1:0]=01，INT6300工作在MAC模式。BM_SEL=1，系统从SPI FLASH启动。CFG_SEL＝1，SDRAM的配置信息来自SPI FLASH。

INT6300要求一个精确的系统时钟晶振，时钟电路如图2所示。

晶振Y1选用基频晶振，如果选用泛音晶振，起振后的频率可能不在37.5MHz这个频点上。当所选晶振的精度不是很高的话，可以用C1来调整系统时钟的频率。R1提供DC反馈电压，R2限制晶振的电流大小，R3限制IC的AFE部分时钟输出电流，用于降低辐射和减小振铃。

INT6300内部集成PLL电路，倍频75MHz的系统主时钟产生数字处理要求更高的时钟。PLL部分有单独的电源和地，因此要求外部电路提供滤波功能，尽量减小系统噪音耦合进PLL电路。这样PLL电路产生的时钟的抖动可以降到最小。推荐的滤波电路如图3所示。

INT6300设置为MAC工作模式，在此模式下，INT6300提供4个状态灯指示系统的不同工作状态。系统状态工作表如表1所示。

当检测到电力线链路，电力线链路指示灯亮。如果INT6300设备作为一个从站点即STA，指示灯将闪烁，指示电力线上有数据接收和发送。如果INT6300设备作为一个主站点即CCo，指示灯常亮，即使有数据在电力线上接收和发送也是常亮。

电力线上传导的频谱特性图
如图4，可以清楚看到使用的频率范围是从2MHz-28MHz。其中有一些开槽的部分是因为在制定HomePlug AV的标准时，为了使电力线通讯的信号不干扰到业余无线电的信号而禁止使用。

电力线网络的安全性及PUSH BUTTON的使用

电力线网络安全
由于电力线网络是一个开放式的共享网络，因此人们比较关注电力线网络上的数据安全问题。
NEK--网络加密键值（Network Encryption Key）。这个键值用于加密电力线网络上传输的数据。在电力线上传输的数据用NEK值，采用128bit-AES加密算法加密。如果两个产品的NEK值不相同，两个产品就不能通讯。这样同一个电力线上有不同的局域网。

NMK--网络管理键值（Network Management Key）。一个键值对应一个HomePlug AV局域网。在同一个HomePlug AV局域网中的所有成员，NMK值是相同的。主站点CCo用这个键值管理加入电力线局域网的从站点STA。NMK码由用户通过PC上的管理软件输入或者PIB中的网络密码产生。
当一个电力线网络产品上电后，它先执行一个网络的发现，然后决定它的下一步的动作。如果电力线上没有和它NMK值相同的其它电力线网络产品，就声明自己为主站点CCo，等待其它后上电的电力线网络产品的加入申请。如果发现电力线上已有和自己NMK值相同的网络产品，则申明自己为从站点STA，然后向CCo申请加入此VLAN。CCo分配网络号(NID)和设备终端号(TEI)给新加入的产品。新加入的电力线产品获得CCo的授权后，可以和此VLAN内的任何设备通讯。

PUSH BUTTON键的使用
使用网络密码管理在许多时候使人感到不方便，因此INT6300使用一种称作PUSH BUTTON的技术，这个功能和无线产品中的PUSH BUTTON的功能一样，图5是其使用场景。

使用场景一：假设STA A和STA B组成一个HomePlug AV局域网，将它称为AVLN AB。STA C的NMK和STA A及STA B的NMK不相同，但STA C想加入AVLN AB。按STA A或STA B的PUSH BUTTON键小于3秒钟，然后马上按STA C的PUSH BUTTON键小于3秒钟。此时，称STA A/B为加者(Adder)，STA C为加入者(Joiner)。这时形成一个新的HomePlug AV局域网称为AVLN ABC。
这个网络使用AVLN AB的NMK管理网络成员。

使用场景二：假设STA A和STA B组成一个HomePlug AV局域网，称为AVLN AB；假设STA C和STA D组成一个HomePlug AV局域网，称为AVLN CD。

如果STA C想加入AVLN AB。按住STA C的PUSH BUTTON键大于10秒钟。复位STA C的NMK值到一个随机值。这样AVLN CD这个网络就不存在了。目前的情况和场景一相同，按住STA A或B的PUSH BUTTON键小于3秒钟，然后按STA C的PUSH BUTTON键小于3秒钟。这时形成AVLN ABC网络。新网络的NMK值为AVLN AB的NMK值。

结束语
本文详细阐述了如何基于INT6300芯片设计一款符合HomePlug AV标准的电力线调制解调器，以及这款产品的特性和功能。宽带电力线通讯技术应用的领域甚广，不需另外布线，安装方便。宽带电力线通讯将会成为数字家庭骨干网的选择之一。

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