窄带高速PLC技术：助力智能家居设备互联（图）

gPLAN(PowerLine Advanced Networking for Green Applications)是针对中国电网环境并基于先进的正交多载波(OFDM)技术的窄带高速电力线载波通信(PLC)技术，也是目前国内市场上技术最先进、最适合国内电网环境、应用规模最大的窄带高速PLC技术。

窄带OFDM PLC技术基本上自2008年开始作为新一代窄带电力线载波通信技术在国外迅速发展，取代早期的通信速率慢、抗干扰能力差的单载波调制技术，使窄带电力线载波通信进入“第二代”。与此同时，针对中国复杂的电网环境和国外技术无法适应的局面，国内窄带OFDM PLC技术gPLAN与国外同步发展,由深圳力合微电子研发团队于2009年4月在北京首次发布了中国的这一技术以及高度集成的芯片LME2980，开启了国内第二代电力线载波通信时代，并且成为迄今在全球范围内实际应用规模和性能远远超过其它任何第二代技术的窄带高速OFDM PLC技术，使中国在这一通信领域走在了国际的前列。

电力线载波通信(PLC)是利用电力线进行终端组网、数据传输和通信的一种局域网络技术。PLC有窄带和宽带之分。宽带PLC一般使用2-30MHz频段，采用OFDM技术。由于具有较宽的可用带宽，因而可以提供较高的通信速率。但由于载波频率较高，信号衰减快，点对点通信距离受限。所以，宽带BPLC适合在一定的范围内提供宽带连接，例如高速上网、音视频传输等。窄带PLC工作在500kHz以下的频段，适合控制类应用，在点对点通信距离、芯片成本、功耗、模块体积上具有优势;在室外低压电力线上，适合“最后1公里”终端连接和通信;在室内电力线上，则适合家居智能设备的连接、通信和控制。

窄带PLC技术最大的挑战是低压电网具有噪声大、干扰大和负载重的特点，以及信道的时变性和不确定性,而中国电网环境相对发达国家则更加恶劣。这也就是为什么针对发达国家电网环境所设计的国外PLC技术或标准不适合中国的原因。表1为中国和欧美低压电网环境对比。图1为国内典型的大功率LED等驱动电源所产生的噪声。

gPLAN专门针对国内电网环境而开发(因此也更适合国外各种电网环境)，采用数百个相互正交的子载波(OFDM)，以及一系列的先进技术和措施确保在恶劣的信道环境下物理层的鲁棒性，包括优化的OFDM子载波间隔、相干调制技术、双重信道编码技术、时域和频域双重交织技术、导频技术、工频同步发送和接收技术、以及支持灵活的载波频率和带宽配置等，使得它成为目前国内外市场上技术最先进和性能最鲁棒的窄带OFDM PLC技术。 gPLAN包括MESH网络协议，支持多节点自动组网和节点间自动路由中继，从而为应用层提供端到端透明通信连接，并通过应用支持层(APS)支持各种应用层协议数据的端到端传输。典型的多节点PLC网络如下图所示。从节点代表各种智能设备，主节点为网络管理节点，一般嵌入到路由器或网关设备中，可以与各从节点通信。

在从节点端，gPLAN PLC还可以转换为红外、蓝牙等其它信号对设备进行控制。在主节点端，gPLAN PLC可以转换为WIFI或以太网，实现与互联网的连接。

图3 gPLAN PLC协议栈

gPLAN是目前唯一具有数千万量级实际应用的窄带高速OFDM PLC技术。在国内市场上成熟应用的基础上，目前该技术和芯片也正迅速应用到了欧洲、美洲和东南亚市场。目前市场上gPLAN PLC SoC芯片包括工业级芯片LME2980C，适用于三表通信、路灯控制等，以及针对智能家居控制应用的芯片LME2980B，由深圳力合微电子提供。单芯片即可实现gPLAN PLC组网和通信，同时，其内置MCU具有UART、SPI、I2C、PWM、GPIO等接口可以实现对各种外设的智能控制或转换为其它信号。

智能设备连接是智能家居控制系统的关键之一。相对于其它连接方式，gPLAN PLC利用设备本身的电源线进行数据通信，实现从路由器或网关到每一个智能设备的连接、通信和控制，具有实施方便、无辐射、穿墙越壁、不受阻挡等特点，将成为智能家居中连接智能设备的一种主要技术手段。

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