作者: Xiaolin Lu ， 智能電網研發經理， 德州儀器公司； Olivier Monnier ， 全球市場經理 達拉斯電力線通信 (PLC) 研發團隊 ， 智能電網解決方案 德州儀器公司

通過軟件實現 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 PLC 系統還使開發人員能夠支持 G3（包括 G3-FCC）的每一項特點，而不限于面向需要較高數據速率之設備的 PRIME 標準以及針對低成本應用的 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用的無縫接口，從而簡化了 PLC 設計并大幅度地加快了開發進程。

TI 簡單易用的 plcSUITE 軟件庫使得開發人員能夠在較短的時間里完成 PLC 設計的定制，并加快其產品的上市進程。該軟件庫為端到端產品，可提供用于解決方案的端點側（電子式電表和數據集中器）和控制器側的解決方案，因此開發人員可了解并控制整個網絡。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"，令開發人員能在 PLC 庫之外增添其自有的 IP，從而在市場上實現更大的產品差異化。

開發人員可申請 TI 源代碼的授權版本，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境調節實現方案。此外，TI 的 G3 實現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境之應用的穩健性。例如：開發人員可以根據動態變化的通道條件采用相干調制、較長的前置碼、穩健型接收器算法 (Robust Receiver Algorithms) 以及自動頻率檢測或音調掩蔽設置。

TI 的 G3 和 PRIME 軟件通過了標準聯盟的認證，使得開發人員能夠支持相關標準的各個方面。另外，TI 還提供了諸如其 auto-REM PLC 軟件等專為電動汽車 (EV) 而特別開發的專用實現方案。

TI 價值命題的一部分是其 PLC 軟件能在其 MCU 產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來實現的應用，PLC83 微控制器提供了一種集成的低成本方法。對于開發人員希望在同一個處理器上運行應用程序和 PLC 軟件的系統，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 的較高數據速率和處理要求的能力。而對于那些可使用 PLC-LiteTM 的低成本應用，TI 則提供了其 C2000 PiccoloTM F280x 處理器。

TI PLC 產品系列可支持多種 PLC 標準的靈活性還使得 OEM 制造商能夠選擇最優的處理器，然后在設備與網絡之間實現橋接。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 進行控制和監視，以實現最低的單位成本。同時支持 PLC-lite 和 G3 的單個集中器可管理多個節點，并采用 G3 將統一數據發送至一個中央聚合點以最大限度地提高穩健性。最后，中央聚合器可實現 G3-FCC 網絡與公用事業公司 PRIME 網絡的橋接。

加快基于 PLC 之應用的開發

為了在開發人員對 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，開發人員能夠在節點之間傳輸數據，而無須定義任何的配置參數。這大幅度地簡化了評估過程，尤其對于那些不太熟悉 PLC 實現方案細節的開發人員。

另外，該工具還通過支持一種專家模式起到了加快產品開發進程的作用，在該模式中，開發人員可微調某個通道的配置以收集更多有關該通道的信息。這將提供有關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化實現方案所必需的（見下面的圖 2）。德州儀器采用相同的零配置 GUI 在世界范圍內進行客戶現場測試，但允許客戶獲取并使用此項技術進行開發。

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圖 2：這款零配置工具使得開發人員能夠迅速改變某個通道的配置，以收集更多有關該通道的數據并針對某一特定市場優化實現方案，從而可加快產品的開發進程。

雖然在歐洲禁止使用 FCC 頻段，但是預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人員，TI 可提供 F28M35x controlCARD。該插入式模塊可在許多 TI 開發板上對基于 FCC 的 G3 實施快速評估，包括 PLC Thumb。

通過在 PLC 標準不斷發展的情況下擁有目前可用的硬件與軟件，OEM 制造商可以開始開發工作，并能在相關標準成為正式標準之后迅速推出產品。要想在每一項標準成為正式標準之后立即占據相應的市場份額，跨越式啟動 PLC設計的能力是至關緊要的。

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品系列，以進一步改善穩健性。比如，AFE031 就被集成在 TI 的 PLC 解決方案中，并為開發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。

TI 致力于推進 PLC 的開發，并積極參與 G3 聯盟和 IEEE P1901.2 工作組的標準制定，事實上，德州儀器在 PRIME 和 G3 聯盟中擔任了大量的組長職位，并且是 P1901.2 的創始成員之一。另外，TI 還擁有一家位于德克薩斯州達拉斯的全球性 PLC 研發中心（其從事 PLC 軟件與硬件的改進創新），并即將在法國開設一家 G3-PLC 能力中心。

業界領先的現場專門知識與創新

為了更好地了解在不同的國家和地區的實際網絡中伴隨 PLC 而出現的問題，TI 在世界各地進行了大量的 G3 現場測試（見下面的表 3），以測量不同的工作環境對信號性能和穩健性的影響情況。

G3 現場測試概要（2011～2012 年）

地點

時間

測試

結果

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（采用自適應音調掩蔽）

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

在室外電網至計量儀表測試中實現了長達 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（采用自適應音調掩蔽）

中國唐山

2011 年 11 月

G3-CEN 電網至計量儀表

通過了 95% 的測試點（在僅采用 CEN-A 音調掩蔽的情況下）

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 網絡測試

30 節點電網至計量儀表測試具有干擾。與競爭對手相比，可在跳躍數量極少的情況下形成穩定的網絡。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，相干調制實現了性能提升。

中國***臺北市

2012 年 2 月

采用電流變換器的 G3-CENLEC

通過了大多數的噪聲環境測試。

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 現場測試，以測量不同的工作環境對信號性能和穩健性的影響情況。現場測試涵蓋了各種各樣的工作環境、拓撲、距離和測試時間，旨在證實 G3 鏈路能夠在動態變化的工作條件下實現通信。

現場測試涵蓋了種類繁多的工作環境和配置，從點對點拓撲到具有超過 30 個基于 G3 的節點的互連多跳網絡等均在其列。在整個測試過程中增加了節點之間的距離并變更了它們的位置，以測試技術的極限。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 鏈路能夠在動態變化的工作條件下實現通信。

采用 PLC 實現設備的穩健連接有哪些要求？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健性的子頻段技術 (sub-banding technology) 方面的研究成果。?? ?

TI 在住宅區域所做的現場測試

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圖 3：德州儀器在世界各地進行了現場測試，以檢驗和評估各種不同的 PLC 技術在實際設置當中的性能。這些測試為 TI 提供了有關 PLC 技術的獨特知識。

子頻段技術運用了 PLC 通道的頻率分集，以根據動態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 通道模型的開發方面，TI 也做出了重大貢獻。開發人員要想創立可在多種工作條件下滿足特殊性質的技術，通道模型的作用至關重要。例如：研究人員已經開發了面向無線通信的詳盡而且完整的通道特性模型。這些模型使得業界作為一個整體能夠提供一致和可靠的無線產品。假如沒有此類模型，無線產品的性能、穩健性和互操作性就將受到損害。TI 處在相關研究領域的前沿，以獲得確保電力線通信的平穩接納和過渡所需具備的 G3 PLC 認識水平。

PLC 技術可在多種多樣的應用中實現低成本的網絡連接。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出能夠支持不同 PLC 標準的產品，從而適用于許多的國家和地區。

憑借其完全可編程的 PLC 實現方法，TI 提供了 OEM 制造商所期盼的利用一款基礎型 PLC 設計來滿足多種應用、標準和市場之要求的靈活性。通過軟件實現的靈活性對于適應不同應用所固有的噪聲條件的多樣性十分關鍵。另外，運用軟件實現方案還可使開發人員將其目前開發的 PLC IP 應用于未來以及所有的產品線。

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基礎。結合其從現場獲得的直接經驗以及應用專門知識，TI 還能提供開發人員所需要的硬件、軟件和工具，以滿足在世界范圍內推廣應用 PLC 所面臨的千變萬化的要求。

作為 PLC 技術的領航者之一，TI 一如既往地積極發現和解決伴隨諸多 PLC 標準的成熟而出現的問題。通過其先進的現場測試，TI 獲得了有關在各個國家和地區應用 PLC 技術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 聯盟的合作，TI 持續不斷地提升 PLC 技術的性能和穩健性。TI 是一家全球性公司，具備應對世界各地的技術變種并提供這些應用即將需要的批量生產的能力。同時，在支持公用事業計量表以外的眾多應用的能力方面，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場測試，TI 發現了眾多會影響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：來自家中電氣設備的干擾會對信號性能產生顯著的影響。以日本為例，家中的熱水器引發了突出的噪聲問題，必需加以解決。

穿過變壓器：低壓變壓器上的耦合器產生了必須特別加以應對的噪聲難題。

拓撲："電網至家庭"以及"家庭至家庭"的網絡連接必須考慮不同的通道特性。

更多詳情

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