CN204392242U - 一种基于G.hn标准的电力线通信模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体公开一种基于G.hn标准的电力线通信模块，包括电力线信号耦合器、DDR2内存、Flash存储器以及RJ45网口，还包括G.hn模块、数字基带处理器、前段模拟收发芯片、以太网千兆物理层转换器。前段模拟收发芯片内含自动增益和多收发通道，实现带宽多进多出，灵活地分配带宽；数字基带处理器管理电力线上的通信时序和组网，并提高多节点接入，增强抗扰能力和增加组网的分节点；通过G.hn模块和前段模拟收发芯片、前段模拟收发芯片及以太网千兆物理层转换器相互配合，增强了服务质量，提高了网络覆盖面积和用户密度。

Description

一种基于G.hn标准的电力线通信模块

技术领域

本实用新型涉及电力线通讯技术领域，尤其涉及一种基于G.hn标准的电力线通信模块。

背景技术

电力线通信技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频加载于电流然后用电线传输接受信息的适配器再把高频从电流中分离出来并传送到计算机或电话以实现信息传递。电力猫即“电力线通讯调制解调器”，是通过电力线进行宽带上网的Modem的俗称。电力猫利用已有的电力线网络，不需要重新增设、定点排布线路，不需要增加多口的网络交换机，更不会破坏建筑原有的布局和美观，就可以即插即上网。

宽带电力线通信技术目前在世界上分成两大技术阵营，一个是以国际电联(ITU)认可的G.hn技术，另一个是以美国工程师协会(IEEE)认可的Homeplug技术。目前市面上的电力传输产品以Homeplug标准为主，Homeplug产品最大数据传输速率为500Mbps，但在网络功能方面没有突破，比如带宽分配僵硬，远程管理差。其中，Homeplug产品的一个最大缺点为使用密度不能太大，比如一栋大楼里面有多家多户同时使Homeplug标准的电力传输产品，这会导致整个电力传输网络瘫痪。因此Homeplug产品的服务质量差，网络覆盖面积少和用户密度低。

作为中国电信唯一认证G.hn标准恰恰是为了解决Homeplug标准带来的问题。如图1所示，G.hn标准有灵活带宽分配机制。G.hn网络可以根据电力线上的数据流的需要来灵活分配带宽资源。G.hn技术的核心分为两大部分，一是物理层，另一个是数据层。物理层负责电力线上信号的传输和接受，G.hn采用OFDM载波技术，把4096OFDM子载波频点平均分布在2-100MHz的频宽上面，从而达到高速数据传输率-物理层数据率最高能达到1Gbps，四层TCP/IP吞吐量最高能达到450Mbps。G.hn采用的前向纠错(FEC)的算法是低密度奇偶校验码(LDPC)，LDPC能提高通信数据的纠错能力，相比Homeplug标准的穿刺前向纠错，在不确定性和复杂性高的电力环境下有稳定的表现。G.hn网络采用TDMA仲裁机制来分配网络资源，在智能终端设备完成组网后，网络里有一个设备会成为主控设备而其余设备则成为被控设备。主控设备会根据需要来分配网内各个设备的收发时序，这部分功能是数据层负责。

如图2所示，G.hn标准有着功能齐全的通信协议，并结合硬件的运作，从而克服Homeplug标准带来的问题。下面对G.hn标准的通信协议一个简单全面的介绍。如图2所示，应用协议聚合子层提供应用实体的接口支持，其中正应用实体可以是Ethernet或者其他协议。并且应用协议聚合子层还为应用实体和家庭网络收发器之间提供比特率适配功能。家庭网络收发器可以使智能家居设备、电脑、ADSL猫等待。逻辑链路控制子层协调各节点的信息传输过程。逻辑链路控制子层建立、管理、重新启动以及终止网络域节点间的数据连接。媒体 访问控制子层通过媒体访问控制协议来控制各节点对传输介质的访问过程，如图4所示，当Node3和Node1都访问Node0，Node3的传输数据路线是“1----2”即从第一线路到第二线路；Node1的传输数据路线是“3----1”即从第三线路到第一线路，第一线路1就会出现信号拥挤。但是通过媒体访问控制协议协调各节点对Node0访问次序，采取了“谁先来先访问”的服务方式。物理编码子层在媒体访问控制子层和物理层之间提供速率适配功能。物理媒介适配子层对物理帧进行信道编解码。物理媒介相关子层主要根据不同的物理媒介特性使用相应的OFDM进行调制和解调，其中，所述的物理媒介是电力线、电话线和同轴电缆。还要，G.hn模块还包括三个逻辑接口：应用接口(A接口)、物理媒介独立接口(PMI接口)、介质相关接口(MDI接口)。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的旨在提供一种基于G.hn标准，增强服务质量，提高网络覆盖面积和用户密度的电力线通信模块。

为了实现上述目的，本实用新型所采用技术方案如下：

一种基于G.hn标准的电力线通信模块，包括电力线信号耦合器、DDR2内存、Flash存储器以及RJ45网口，其特征在于：还包括数字基带处理器、前段模拟收发芯片、以太网千兆物理层转换器和G.hn模块；

进一步，所述以太网千兆物理层转换器基于G.hn标准通过MILL介质独立接口，和数字基带处理器相互连接；所述以太网千兆物理层 转换器提供千兆二层以太网速率；

进一步，所述数字基带处理器基于G.hn标准通过SPI串行外设接口，和前段模拟收发芯片相互连接；所述数字基带处理器把以太网包帧转换成G.hn包帧和管理电力线上的通信时序和组网，并提供多节点接入；

进一步，所述前段模拟收发芯片接受和发送G.hn信号，并内含自动增益和多收发通道；

进一步，所述G.hn模块配合以太网千兆物理层转换器、数字基带处理器及前段模拟收发芯片的硬件，对数据进行封装、装帧和解封装、编码和解码、OFDM调制、校验、调度和仲裁。

进一步，所述数字基带处理器通过SPI串行外设接口和Flash存储器相互连接。

进一步，所述数字基带处理器通过DDR2标准接口和DDR2内存相互连接。

进一步，所述电力线信号耦合器和前段模拟收发芯片相互连接，并把信号耦合到传输介质。

进一步，所述传输介质为电力线、电话线和同轴电缆。

本实用新型的有益效果：前段模拟收发芯片内含自动增益和多收发通道，实现带宽多进多出，灵活地分配带宽；数字基带处理器管理电力线上的通信时序和组网，并提高多节点接入，增强抗扰能力和增加组网的分节点；通过G.hn模块和前段模拟收发芯片、前段模拟收发芯片及以太网千兆物理层转换器相互配合，增强了服务质量，提高 了网络覆盖面积和用户密度。

附图说明

图1为G.hn介质访问控制的周期(MAC cycle)结构框图；

图2为G.hn模块的通信协议示意图；

图3为本实用新型结构连接框图；

图4为本实用新型第一实施例示意图。

附图标记： 

100、主控电力线通信模块  101、第二电力线通信模块

102、第三电力线通信模块  103、第四电力线通信模块

104、ADSL猫              105、第一电脑

106、第一网络电视IPTV    107、XBOX游戏机

108、第二网络电视IPTV    109、VOIP网络电话

110、第二电脑 

1、第一线路2、第二线路   3、第三线路

具体实施方式

实施例一： 

如图3所示，以太网千兆物理层转换器基于G.hn标准，通过MILL介质独立接口和数字基带处理器相互连接，将外部以太网传输的数据进行存储和转发至数字基带处理器。以太网千兆物理层转换器提供千兆二层以太网速率，传输速率为10/100/1000Mbps，支持网络标准为 IEEE 802.3x，IEEE 802.3，IEEE 802.3u和IEEE 802.3ab。

数字基带处理器通过SPI串行外设接口，和前段模拟收发芯片相互连接，数字基带处理器把以太网包帧转换成G.hn包帧。前段模拟收发芯片接受和发送G.hn信号，并内含自动增益和多收发通道。

Flash存储器通过SPI串行外设接口和数字基带处理器相互连接，Flash存储器储存G.hn固件，每次系统启动时，主芯片数字基带处理器会从Flash存储器读取固件，然后系统开始运行。

DDR2内存通过DDR2标准接口和数字基带处理器相互连接。DDR2内存主要负责数据缓存。

电力线信号耦合器和前段模拟收发芯片相互连接，并把信号耦合到传输介质，其中，传输介质支持电力线、电话线和同轴电缆三种。外接设备通过RJ45网口和模块连接。

G.hn模块配合以太网千兆物理层转换器、数字基带处理器及前段模拟收发芯片的硬件，对数据进行封装、装帧和解封装、编码和解码、OFDM调制、校验、调度和仲裁。

如图4所示，本实用新型的主控电力线通信模块100分别连接一部VOIP网络电话109和一部XBOX游戏机107；XBOX游戏机107连接第二网络电视IPTV107；电力线通信模块101连接第一网络电视IPTV；第三电力线通信模块102连接ADSL猫104，ADSL猫104连接第一电脑105；第四电力线通信模块103连接第二电脑。

第二电力线通信模块101和第三电力线通信模块102之间传输IPTV视频流，第三电力线通信模块102和第四电力线通信模块103 之间传输上网和备份数据。主控电力线通信模块100和第二电力线通信模块101之间传输VOIP流，主控电力线通信模块100和第四电力线通信模块103之间传输视频流。其中视频流IPTV需要大量带宽，VOIP流需要低延时。视频流IPTV和VOIP流的数据流优先权为高，上网和备份数据流的优先权为低。主控电力线通信模块100根据G.hn标准机制，对所有数据流的优先权进行判断、排序并仲裁，将优先权高的数据流安排在下一个MAC cycle网络里各个节点发送，优先权低的数据流延后发送，避免了线路上数据流过于拥挤而造成系统崩溃。因此视频流IPTV和VOIP流优先发送，上网和备份数据流次之。电力线通信模块将准备好的数据流通过电力线信号耦合器加载于电力线，或者电话线或者同轴电缆之上，传输给各个外设。基于G.hn标准的电力线通信模块提供多节点的接入，提高了用户密度和网络覆盖面积，得到广泛应用，并基于G.hn标准协议框架之上，使数据流传输更加快速和通畅。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于G.hn标准的电力线通信模块，包括电力线信号耦合器、DDR2内存、Flash存储器以及RJ45网口，其特征在于：还包括数字基带处理器、前段模拟收发芯片、以太网千兆物理层转换器和G.hn模块；

所述以太网千兆物理层转换器基于G.hn标准通过MILL介质独立接口和数字基带处理器相互连接；所述以太网千兆物理层转换器提供千兆二层以太网速率；

所述数字基带处理器基于G.hn标准通过SPI串行外设接口和前段模拟收发芯片相互连接；所述数字基带处理器把以太网包帧转换成G.hn包帧和管理电力线上的通信时序和组网，并提供多节点接入；

所述前段模拟收发芯片接受和发送G.hn信号，并内含自动增益和多收发通道；

所述G.hn模块配合以太网千兆物理层转换器、数字基带处理器及前段模拟收发芯片的硬件，对数据进行封装、装帧和解封装、编码和解码、OFDM调制、校验、调度和仲裁。

2.根据权利要求1所述的一种基于G.hn标准的电力线通信模块，其特征在于：所述数字基带处理器通过SPI串行外设接口，和Flash存储器相互连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于G.hn标准的电力线通信模块，其特征在于：所述数字基带处理器通过DDR2标准接口，和DDR2内存相互连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于G.hn标准的电力线通信模块，其特征在于：所述电力线信号耦合器和前段模拟收发芯片相互连接，并把信号耦合到传输介质。

5.根据权利要求4所述的一种基于G.hn标准的电力线通信模块，其特征在于：所述传输介质为电力线、电话线和同轴电缆。