基于PL3200的CDMA扩频电力线载波通信系统设计

1引言

　　电力线载波通信是利用现有的电力线路作为介质进行信息传输的一种通信方式。广泛用于电力管理系统、工业自动控制系统、远程控制系统、智能化小区等领域。利用电力线作为通信媒介，无需另外架设通信线路，也不占用现有的频谱资源。但在电力线上进行信号传输，信号衰减大、噪声干扰大，使得电力线载波通信的应用受到了限制，必须采用多种技术措施改善通信质量。目前，最有发展前景的解决方案是采用技术先进的CDMA扩频通信技术。

2 CDMA扩频通信

　　CDMA(码分多址)包含二个基本技术：一个是码分技术，另一个是多址技术。

2.1 CDMA中的码分技术

　　码分技术的基础是扩频技术，其目的是解决强干扰下的通信。由香农定理可知，在信号传输速率一定的前提下，增加带宽可以降低对信噪比的要求。扩频通信正是利用这一原理，用宽带传输技术来获得低的信噪比。扩频

通信系统的带宽比常规通信系统大几百倍，在相同信噪比的条件下，扩频系统具有很强的抗干扰能力。CDMA中最常用的扩频形式是用一个伪随机码序列与窄带：PSK信号相乘。这样，有用信号经扩频处理后，频谱被展宽了。

2.2 CDMA中的多址技术

　　所谓码分多址，是指利用扩频时使用的一组正交(或准正交)的伪随机码序列(地址码)来实现多个信号同时入网接续的要求。在接收端，利用伪随机码的相关性进行解扩，有用信号被恢复至窄带谱。宽带无用信号与本地伪随机码不相关，不能解扩，仍为宽带谱；窄带无用信号被本地伪随机码扩展成宽带谱。这样，只有有用信号才被压缩、识别和提取出来。

　　在本系统中，通过采用PL3200型SoC。将CDMA扩频通信应用到电力线载波通信系统。

3 PL3200型单片系统

3.1 PL3200的结构

　　PL3200是福星晓程公司开发的单芯片系统(SoC)。该系统采用5V单电源供电，内嵌8051型增强性高速微处理器及直序扩频码分多址载波通信模块．具有成本低、功能强等特点，能够高效地应用于电力线通信领域。图1示出PL3200的内部结构框图。

　　PL3200内嵌8／16位高性能、低功耗微处理器兼容内核ALU，同等主频情况下，8倍速于标准8051型微处理器．数据处理能力强。配置了256B+1KBSRAM(静态随机存储器)、16KB。E2PROM(电可擦除／可编程存储器)及3个外部中断，为用户提供丰富的嵌入式资源和理想的应用开发平台。另外，该系统还具有二个全双工UART(通用异步收发器)，一个可配置为38kHz的红外通信模式，另一个可配置为RS-485通信模式。

　　针对智能仪表的应用要求，PL3200内置高精度电能计量电路、LCD/LED显示控制／驱动电路、实时钟及温度传感器。内置串行程序存储器编程接口，支持在系统编程(ISP)。同时集成了完善的电压监测，上电、掉电复位和看门狗电路，确保工业环境下运行时系统的可靠性。



3.2 通信模块的工作原理

　　PL3200的载波通信模块采用直接序列扩频通信方式，采用多地址通信技术将要发送的信息用伪随机码序列扩展到较宽的频带上。PL3200对扩频数据采用QPSK调制方式，其载波中心频率为120kHz。由于该系统采用Gold／Kasami序列，从而实现了码分多址，其地址数目最多可达40个，其中有32个Gold序列。8个Kasami序列。

　　PL3200在接收端用同样的伪码序列来恢复信息。接收过程包括载波信号的捕获和同步。捕获是接收模块在扩频序列精确同步前搜索接收信号，使接收信号的扩频序列与本地扩频序列在相位上进入可同步保持的范围，即二者的相位在一个扩频序列码元之内。捕获完成后进入跟踪阶段，使本地伪码能够自动接收到信号的伪随机码保持精确同步。跟踪电路采用全数字基带延迟锁定环。

　　PL3200载波通信单元的具体设定是通过对载波通信寄存器组不同地址的寄存器写入对应的控制字来实现的。在载波通信寄存器组中，00H的寄存器用来指示载波通信单元处于收态还是发态，以及数据和帧头的接收发送标志；02H、03H的寄存器可设置选择伪码的种类、地址选择位和速率等；04H的寄存器用来设置本地与接收到的伪码序列相位同步的捕获门限值；05H的寄存器用于设定本地与发送端伪码序列相位同步的精确同步门限值。

4 CDMA扩频载波通信系统

4.1 通信系统的组成

　　本文基于PL3200设计了CDMA扩频电力线载波通信系统，具体组成如图2所示。

　　数据由主机A(或主机B)的串口RS-232发出，通过PC接口电路进行电平转换后送入PL3200。在PL3200中，先由扩展串口UART(通用异步收发器)接收数据，经内嵌8051型微处理器控制处理，再送入载波通信单元，对数据进行CDMA直接序列扩频．扩频后的信号经120kHz的载波频率调制后输出。此信号通过电力线接口电路进行功率放大、滤波并耦合到低压电力线上，实现电力线载波通信。在接收端．经过电力线接口电路将电力线上的信号耦合出来并对信号进行滤波限幅。限幅后的信号送入PL3200进行捕获、同步及解扩处理，经由内嵌8051处理．由PL3200的UART串口发送数据。数据经PC接口电路进行电平转换后，由PC的RS-232接口送到主机B(或主机A)。