OFDM调制技术的配电自动化通信系统研究
引言
配电网自动化系统可采用的通信有光纤、配电载电(DLC：Distribution Line Carrier)、无线、有线等多种方式。10kV配电线路从变电所出发可以延伸到线路上的任一测、控点，所以DLC是最经济、可靠的通信方式之一，是配电自动化的首选通信方式。
正交频分复用(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种高效调制技术，应用于电力线高速数字通信，具有以下优越性：
⑵抗ISI干扰能力强;
⑶抗信道衰落;
本通信系统以10kV配电线为传输媒质，网络拓扑以"总线+树"为主，不同总线段可以互联为开环的环网。系统由通信子站系统和主站系统两部分组成。主站系统设置于110kV变电站，收集各10kV线路上全部子站的遥测信息，根据确定的算法和控制策略，实现对整个配电网的安全监视、自动控制和保护。通信子站与FTU，TTU等配套使用，分布于配电网各处。这里先介绍子站系统部分。
通信子站系统
子站系统主要由Intellon公司的INT51X1芯片，华邦公司的W90N740微处理器，电平转换MAX3232、模拟前端(AFE)和耦合器(Coupler)组成。
INT51X1芯片
INT51X1芯片[1][2]是一个集成的MAC/PHY电力线收发器。利用它，通过电力线就可以进行高速的数据通信。INT51X1完全符合HomePlug电力联盟工业标准V1.0.1，采用Intellon专利的POWERPacket OFDM技术。POWERPacket的具体技术参数如下：
速度14MB/s;频带4.3～20.9MHz;OFDM信号调制，84个载波信道，自动信道适应，前向纠错;载波调制方式支持DQPSK、DBPSK、ROBO;读写方式支持CSMA/CA;符合FCC-15辐射标准;通信加密;0.25 m技术加工;工作频率100MHz;工作电压核心电压2.5V，3.3V/5V输入输出电压;工作环境0～70℃。
INT51X1可以在恶劣的电力线通信环境下达到14Mbps的数据传输速度，能够根据信道上的信噪比(SNR)选择可用频率，抵制深度衰减槽、噪声和多径衰落，在低SNR的信道中，不使用导频就能够实现同步。在INT51X1中，MAC采用具有避免冲突的载波侦听多路存取(CSMA/CA)方案，并有优先权设置和自动重复请求(ARQ)，通过包封装，支持以太包的可靠传输。在保证服务品质(QoS)的前题下，为多媒体有效载荷(包括声音、数据、音频和视频)提供必需的带宽。
INT51X1提供三种接口MII/GPSI，USB1.1和以太网口。三种模式分别为USB模式、PHY模式和Host/DTE模式。本系统选择PHY模式，分别与W90N740和AFE接口，完成以太包和电力包之间的相互转换。
W90N740微控制器
W90N740[3][4]采用精简指令系统，是基于ARM7TDMI的32位微控制器。内建有两个以太网MAC控制器0和1，8K的指令缓存和2K的数据缓存。通过外部总线接口(EBI)可以与外挂的SDRAM、ROM/SRAM、flash memory或I/O互连。通过片内Ethenet MAC Controller 0与INT51X1接口，完成RS232标准数据和IEEE802.3标准数据的相互转换。通过片内串口UART上外接一片MAX3232电平转换芯片，即可实现标准的RS232通信功能，与FTU，TTU等自动化设备相连。
INT51X1与W90N740的硬件连接
由于本系统选用PHY模式,通过MII接口与微控制器相连。MII(Media Independent Interface，媒质独立接口)是一个工业标准接口,提供POWERPacket MAC与IEEE802.3 以太网MAC控制器之间的互连。
模拟前端(AFE)完成放大和滤波功能，选用8v AFE。
耦合器(Coupler)与10KV电力线耦合。
软件设计
INT51X1的初始化是通过配置EEPROM(AT93C46)完成的，应写入自己的MAC地址(这个MAC地址是唯一的)。
因为ARM7TDMI是W90N740的内核，使用ARM7汇编语言编程。实现功能：从RS232口接收FTU/TTU数据，转换为802.3协议IP包，经MAC发送给INT51X1;经MAC接受INT51X1数据，解包，通过RS232口送FTU/TTU。
W90N740上电后初始化，初始化完成后发送特殊的呼叫信息给主站(64字节全5)，握手过程完成后即进入通信运行。
握手过程如下：
首先子站对主站广播(发送呼叫信息64字节全5)，收到回复自己的响应信息(64字节全3)后，填写本子站通信的目的地址(即发来回复的主站地址)，进入正常通信。若收不到响应信息，则每隔1分钟重复发送呼叫信息。
