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作者: Xiaolin Lu ， 智能電網(wǎng)研發(fā)經(jīng)理， 德州儀器公司； Olivier Monnier ， 全球市場經(jīng)理 達拉斯電力線通信 (PLC) 研發(fā)團隊 ， 智能電網(wǎng)解決方案 德州儀器公司
通過軟件實現(xiàn) PLC 靈活性
憑借其 plcSUITETM 軟件，TI 提供了一款適合 PLC 所有主要特點的完整有效解決方案，并可為應(yīng)用提供全面的 PHY 和 MAC 層處理功能以及一個 API（第 5 頁上的圖 1）。而且，利用軟件來實現(xiàn) PLC 系統(tǒng)還使開發(fā)人員能夠支持 G3（包括 G3-FCC）的每一項特點，而不限于面向需要較高數(shù)據(jù)速率之設(shè)備的 PRIME 標準以及針對低成本應(yīng)用的 PLC-LiteTM，從而為其提供了巨大的靈活性。
plcSUITE 軟件框架
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圖 1：TI 的 plcSUITETM軟件提供了一款適合 PLC 所有主要特點的完整有效解決方案，并可為應(yīng)用提供全面的 PHY 和 MAC 層處理功能以及一個 API。例如：該堆棧提供了一個一直通到計量應(yīng)用的無縫接口，從而簡化了 PLC 設(shè)計并大幅度地加快了開發(fā)進程。
TI 簡單易用的 plcSUITE 軟件庫使得開發(fā)人員能夠在較短的時間里完成 PLC 設(shè)計的定制，并加快其產(chǎn)品的上市進程。該軟件庫為端到端產(chǎn)品，可提供用于解決方案的端點側(cè)（電子式電表和數(shù)據(jù)集中器）和控制器側(cè)的解決方案，因此開發(fā)人員可了解并控制整個網(wǎng)絡(luò)。此外，plcSUITE 既可用作一個"黑匣子"解決方案，也可以用作一個"平臺"，令開發(fā)人員能在 PLC 庫之外增添其自有的 IP，從而在市場上實現(xiàn)更大的產(chǎn)品差異化。
開發(fā)人員可申請 TI 源代碼的授權(quán)版本，這使他們可以選擇只采用其所需的組件。同時，他們也可在需要的情況下定制代碼，以針對某種特別艱難的工作環(huán)境調(diào)節(jié)實現(xiàn)方案。此外，TI 的 G3 實現(xiàn)方案還支持額外的增強性能，可進一步改善工作在嚴酷或噪聲環(huán)境之應(yīng)用的穩(wěn)健性。例如：開發(fā)人員可以根據(jù)動態(tài)變化的通道條件采用相干調(diào)制、較長的前置碼、穩(wěn)健型接收器算法 (Robust Receiver Algorithms) 以及自動頻率檢測或音調(diào)掩蔽設(shè)置。
TI 的 G3 和 PRIME 軟件通過了標準聯(lián)盟的認證，使得開發(fā)人員能夠支持相關(guān)標準的各個方面。另外，TI 還提供了諸如其 auto-REM PLC 軟件等專為電動汽車 (EV) 而特別開發(fā)的專用實現(xiàn)方案。
TI 價值命題的一部分是其 PLC 軟件能在其 MCU 產(chǎn)品系列的器件上運行。對于那些要求將 PLC 作為一個獨立子系統(tǒng)來實現(xiàn)的應(yīng)用，PLC83 微控制器提供了一種集成的低成本方法。對于開發(fā)人員希望在同一個處理器上運行應(yīng)用程序和 PLC 軟件的系統(tǒng)，C2000TM ConcertoTM 微控制器平臺可提供具有不同存儲器密度和處理能力的多種選項。另外，Concerto 處理器還具有支持 G3-FCC 的較高數(shù)據(jù)速率和處理要求的能力。而對于那些可使用 PLC-LiteTM 的低成本應(yīng)用，TI 則提供了其 C2000 PiccoloTM F280x 處理器。
TI PLC 產(chǎn)品系列可支持多種 PLC 標準的靈活性還使得 OEM 制造商能夠選擇最優(yōu)的處理器，然后在設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)橋接。我們以一間采用智能照明的工廠為例。照明燈本身可采用 PLC-Lite 進行控制和監(jiān)視，以實現(xiàn)最低的單位成本。同時支持 PLC-lite 和 G3 的單個集中器可管理多個節(jié)點，并采用 G3 將統(tǒng)一數(shù)據(jù)發(fā)送至一個中央聚合點以最大限度地提高穩(wěn)健性。最后，中央聚合器可實現(xiàn) G3-FCC 網(wǎng)絡(luò)與公用事業(yè)公司 PRIME 網(wǎng)絡(luò)的橋接。
加快基于 PLC 之應(yīng)用的開發(fā)
為了在開發(fā)人員對 PLC 進行初始評估時為其提供幫助，TI 推出了其配有 plcSUITE 和零配置 GUI 工具的 TMDSPLCKIT-V3 評估套件。這是一款功能強大的工具，可完成通道鏈路特性分析。在其零配置模式中，開發(fā)人員能夠在節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)，而無須定義任何的配置參數(shù)。這大幅度地簡化了評估過程，尤其對于那些不太熟悉 PLC 實現(xiàn)方案細節(jié)的開發(fā)人員。
另外，該工具還通過支持一種專家模式起到了加快產(chǎn)品開發(fā)進程的作用，在該模式中，開發(fā)人員可微調(diào)某個通道的配置以收集更多有關(guān)該通道的信息。這將提供有關(guān)某個通道之特性的重要信息，而這些信息是針對某一特定市場優(yōu)化實現(xiàn)方案所必需的（見下面的圖 2）。德州儀器采用相同的零配置 GUI 在世界范圍內(nèi)進行客戶現(xiàn)場測試，但允許客戶獲取并使用此項技術(shù)進行開發(fā)。
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圖 2：這款零配置工具使得開發(fā)人員能夠迅速改變某個通道的配置，以收集更多有關(guān)該通道的數(shù)據(jù)并針對某一特定市場優(yōu)化實現(xiàn)方案，從而可加快產(chǎn)品的開發(fā)進程。
雖然在歐洲禁止使用 FCC 頻段，但是預(yù)計對于許多國家來說支持 G3-FCC 還是相當有益的。針對那些希望對采用 FCC 頻段之 G3 的性能進行測試的開發(fā)人員，TI 可提供 F28M35x controlCARD。該插入式模塊可在許多 TI 開發(fā)板上對基于 FCC 的 G3 實施快速評估，包括 PLC Thumb。
通過在 PLC 標準不斷發(fā)展的情況下?lián)碛心壳翱捎玫?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件與軟件，OEM 制造商可以開始開發(fā)工作，并能在相關(guān)標準成為正式標準之后迅速推出產(chǎn)品。要想在每一項標準成為正式標準之后立即占據(jù)相應(yīng)的市場份額，跨越式啟動 PLC設(shè)計的能力是至關(guān)緊要的。
除了提供處理 PLC 信號所需的硬件、軟件和工具之外，TI 還提供了豐富齊全的模擬組件產(chǎn)品系列，以進一步改善穩(wěn)健性。比如，AFE031 就被集成在 TI 的 PLC 解決方案中，并為開發(fā)人員提供了一個具有集成型功率放大器的模擬前端，其具有上佳的性能，并提升了總體系統(tǒng)可靠性、增加了覆蓋范圍。TI 承諾在其即將推出的器件中采用這同一種技術(shù)。
TI 致力于推進 PLC 的開發(fā)，并積極參與 G3 聯(lián)盟和 IEEE P1901.2 工作組的標準制定，事實上，德州儀器在 PRIME 和 G3 聯(lián)盟中擔任了大量的組長職位，并且是 P1901.2 的創(chuàng)始成員之一。另外，TI 還擁有一家位于德克薩斯州達拉斯的全球性 PLC 研發(fā)中心（其從事 PLC 軟件與硬件的改進創(chuàng)新），并即將在法國開設(shè)一家 G3-PLC 能力中心。
業(yè)界領(lǐng)先的現(xiàn)場專門知識與創(chuàng)新
為了更好地了解在不同的國家和地區(qū)的實際網(wǎng)絡(luò)中伴隨 PLC 而出現(xiàn)的問題，TI 在世界各地進行了大量的 G3 現(xiàn)場測試（見下面的表 3），以測量不同的工作環(huán)境對信號性能和穩(wěn)健性的影響情況。
G3 現(xiàn)場測試概要（2011～2012 年）
地點
?時間
?測試
?結(jié)果
?美國威斯康辛州密爾沃基
?2011 年 5 月
?G3-CEN/FCC
?通過（采用具有執(zhí)行器的刪除通道）
?美國南部
?2011 年 5 月
?G3-CEN MV/LV
?穿過 MV/LV 變壓器可覆蓋長達 2 英里的距離（采用自適應(yīng)音調(diào)掩蔽）
?日本廣島
?2011 年 4 月
?G3-ARIB LV/LV
?通過了所有的 LV/LV 連通性測試用例
?中國北京
?2011 年 4 月
?G3-CEN 住宅測試
?在室外電網(wǎng)至計量儀表測試中實現(xiàn)了長達 200m 的作用距離
?墨西哥首都墨西哥城
?2011 年 5 月
?G3-CEN 電路機房
?通過了 2 個電路斷路器
?土耳其
?2011 年 6 月
?G3-CEN 工廠測試
?通過了所有的測試用例（競爭對手則未能全部通過）
?美國東部
?2011 年 9 月
?G3-FCC MV/LV
?穿過 MV/LV 變壓器可覆蓋長達 2 英里的距離（采用自適應(yīng)音調(diào)掩蔽）
?中國唐山
?2011 年 11 月
?G3-CEN 電網(wǎng)至計量儀表
?通過了 95% 的測試點（在僅采用 CEN-A 音調(diào)掩蔽的情況下）
?印度
?2011 年 11 月
?G3-CEN LV/LV
?通過了所有的 LV/LV 測試用例。
?日本
?2011 年 12 月
?G3-ARIB 網(wǎng)絡(luò)測試
?30 節(jié)點電網(wǎng)至計量儀表測試具有干擾。與競爭對手相比，可在跳躍數(shù)量極少的情況下形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。MAC 測試。
?日本東京
?2012 年 2 月
?針對 MV/MV 和
LV/MV 的 G3-ARIB
?可完全覆蓋所有的測試路由。在某些場合中，相干調(diào)制實現(xiàn)了性能提升。
?中國***臺北市
?2012 年 2 月
?采用電流變換器的 G3-CENLEC
?通過了大多數(shù)的噪聲環(huán)境測試。
?韓國
?2011 年 5 月
?CENELEC/FCC
?通過了所有的地下電纜（最遠可達 150m）
?表 3：TI 在世界各地進行了大量的 G3 現(xiàn)場測試，以測量不同的工作環(huán)境對信號性能和穩(wěn)健性的影響情況?，F(xiàn)場測試涵蓋了各種各樣的工作環(huán)境、拓撲、距離和測試時間，旨在證實 G3 鏈路能夠在動態(tài)變化的工作條件下實現(xiàn)通信。
現(xiàn)場測試涵蓋了種類繁多的工作環(huán)境和配置，從點對點拓撲到具有超過 30 個基于 G3 的節(jié)點的互連多跳網(wǎng)絡(luò)等均在其列。在整個測試過程中增加了節(jié)點之間的距離并變更了它們的位置，以測試技術(shù)的極限。另外，還在不同的時間以及線路上加有不同噪聲負載的情況下進行了測試，旨在證實 G3 鏈路能夠在動態(tài)變化的工作條件下實現(xiàn)通信。
采用 PLC 實現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)健連接有哪些要求？通過該測試，TI 對此有了更好的認識。在 P1901.2 標準的制定過程中，TI 不僅貢獻了自己較好地掌握了 PLC 通道特性的工程師，還將所了解的各種有用信息提供給了 IEEE。例如：TI 分享了其在用于改善通道穩(wěn)健性的子頻段技術(shù) (sub-banding technology) 方面的研究成果。?? ?
TI 在住宅區(qū)域所做的現(xiàn)場測試
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圖 3：德州儀器在世界各地進行了現(xiàn)場測試，以檢驗和評估各種不同的 PLC 技術(shù)在實際設(shè)置當中的性能。這些測試為 TI 提供了有關(guān) PLC 技術(shù)的獨特知識。
子頻段技術(shù)運用了 PLC 通道的頻率分集，以根據(jù)動態(tài)變化的通道條件確定可使用的最佳子頻段。
另外，在針對 PLC 的 P1901.2 通道模型的開發(fā)方面，TI 也做出了重大貢獻。開發(fā)人員要想創(chuàng)立可在多種工作條件下滿足特殊性質(zhì)的技術(shù)，通道模型的作用至關(guān)重要。例如：研究人員已經(jīng)開發(fā)了面向無線通信的詳盡而且完整的通道特性模型。這些模型使得業(yè)界作為一個整體能夠提供一致和可靠的無線產(chǎn)品。假如沒有此類模型，無線產(chǎn)品的性能、穩(wěn)健性和互操作性就將受到損害。TI 處在相關(guān)研究領(lǐng)域的前沿，以獲得確保電力線通信的平穩(wěn)接納和過渡所需具備的 G3 PLC 認識水平。
PLC 技術(shù)可在多種多樣的應(yīng)用中實現(xiàn)低成本的網(wǎng)絡(luò)連接。對于那些希望充分利用此類市場中所蘊藏之商機的 OEM 制造商而言，他們需要擁有一種靈活的解決方案以開發(fā)出能夠支持不同 PLC 標準的產(chǎn)品，從而適用于許多的國家和地區(qū)。
憑借其完全可編程的 PLC 實現(xiàn)方法，TI 提供了 OEM 制造商所期盼的利用一款基礎(chǔ)型 PLC 設(shè)計來滿足多種應(yīng)用、標準和市場之要求的靈活性。通過軟件實現(xiàn)的靈活性對于適應(yīng)不同應(yīng)用所固有的噪聲條件的多樣性十分關(guān)鍵。另外，運用軟件實現(xiàn)方案還可使開發(fā)人員將其目前開發(fā)的 PLC IP 應(yīng)用于未來以及所有的產(chǎn)品線。
借助其可支持 PRIME、G3 以及諸如 PLC-LiteTM 等低成本替代標準的眾多處理器，TI 正在為把 PLC 引入許多新型市場奠定技術(shù)基礎(chǔ)。結(jié)合其從現(xiàn)場獲得的直接經(jīng)驗以及應(yīng)用專門知識，TI 還能提供開發(fā)人員所需要的硬件、軟件和工具，以滿足在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用 PLC 所面臨的千變?nèi)f化的要求。
作為 PLC 技術(shù)的領(lǐng)航者之一，TI 一如既往地積極發(fā)現(xiàn)和解決伴隨諸多 PLC 標準的成熟而出現(xiàn)的問題。通過其先進的現(xiàn)場測試，TI 獲得了有關(guān)在各個國家和地區(qū)應(yīng)用 PLC 技術(shù)之特殊要求的豐富知識。
通過其獨立的研究活動以及與 IEEE 和 G3 聯(lián)盟的合作，TI 持續(xù)不斷地提升 PLC 技術(shù)的性能和穩(wěn)健性。TI 是一家全球性公司，具備應(yīng)對世界各地的技術(shù)變種并提供這些應(yīng)用即將需要的批量生產(chǎn)的能力。同時，在支持公用事業(yè)計量表以外的眾多應(yīng)用的能力方面，TI 也是獨一無二的。此外，它還是目前唯一一家可提供兼用于 G3 和 PRIME 標準的 DC 集中器軟件的公司。
影響 G3 性能與可靠性的問題
通過在世界各地進行大量的現(xiàn)場測試，TI 發(fā)現(xiàn)了眾多會影響G3 信號性能和可靠性的問題，包括：
不對稱的通道性能：在相同的物理媒體上，上行鏈路與下行鏈路的運行狀態(tài)有可能完全不同。例如：一個可傳送上行鏈路信號的頻率或許未必同樣適用于下行鏈路。
局部干擾：來自家中電氣設(shè)備的干擾會對信號性能產(chǎn)生顯著的影響。以日本為例，家中的熱水器引發(fā)了突出的噪聲問題，必需加以解決。
穿過變壓器：低壓變壓器上的耦合器產(chǎn)生了必須特別加以應(yīng)對的噪聲難題。
拓撲："電網(wǎng)至家庭"以及"家庭至家庭"的網(wǎng)絡(luò)連接必須考慮不同的通道特性。
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