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。
配电线载波通信（dlc）不同于电力系统原有的高压系统输电线载波通信(plc：power line carrier)方式。plc一般是两点之间通过阻波器和结合滤波器上送和下载高频信号，传输目标明确，结构简单。而dlc则是一对多的通信方式，不设阻波器，通信信号在10kv及380kv配电网中传输，其上装设的任何一个通信节点都可以作为信号源和接收器，而变压器（配变和变电站变压器）则是信号的天然壁垒。配电线信道具有高噪声、阻抗变化范围大、损耗大等特性，所以以配电网电力线作为通信媒介比高压输电线困难得多，利用配电线载波通信需要解决一系列相关问题。
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：
⑴频带利用率高;
⑵抗isi干扰能力强;
⑶抗信道衰落;
⑷抗噪声干扰。
ofdm基本原理
ofdm的基本原理是将编码后的数据由串行传输转换为并行传输, 采用频率上等间隔的n个子载波分别进行调制，调制后的n个子载波信号相加后同时发送。由于符号的速率大大减慢，传输的时间大大延长，因而提高了抗多径衰落，抗时延扩展的能力，减少了符号间干扰影响，并且通过选择载波间隔（△f=1overt，其中，t为符号周期）使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交性。在接收端利用载波间的正交性能保证无失真的复原发送信号。
系统组成及工作原理
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。
mii接口的帧结构如下：
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。
任何子站收到其它子站的广播呼叫信息（由地址辨认），均不予理会。此策略可保证电力线正常运行条件下，各子站与本总线网上主站的通信。当故障断电后重新供电时，各子站与本网主站或临时联络的其它主站沟通通信，便于工程安装。
若子站收到某主站呼叫，应将呼叫主站地址写入本子站目的地址，然后发出响应信息，此后进入与该主站的正常通信。此策略能使临时加入其它主站管理范畴的子站回到本网，或断电后与原主站恢复联系。
主站系统
主站系统是由若干台通信终端，8/16*换机（hub）和pc机构成。其中通信终端包括rj-45，rtl8201，w90n740，int51x1，afe和coupler，如图3所示。int51x1也选用phy模式，组成eth-plc路由器。主机侧mii接口与w90n740 ethenet mac controller 0连接，w90n740再经ethenet mac controller 1接eth phy（rtl8201），从rtl8201引出rj-45接口，与网络交换机连接；电力线侧则与子站系统类似。
每台通信终端具有电力网上唯一的mac地址，同时又具有局域网上唯一的ip地址。每个通信终端都作为本网络（总线＋树型）的通信主机，与最多63个子站进行1：n的通信，并对本网子站进行管理。在本网内，记录和存储所有子站的地址，作为发送数据的目的地址。当收到来自某子站的广播呼叫（64字节全5），则记录该子站地址，并发回响应（64字节全3）。此后，与该子站正常通信。（这种情况，该子站也可能不属于本网。）若失去本站管辖的某个子站，即长期（如5分钟）收不到它的消息，则需要每隔1分钟呼叫这些子站一次，直到收到相应子站的响应信息，进入正常通信为止。24小时后仍无响应则放弃呼叫。
ip机接收来自各通信终端的ip包，定位ip包的来源。记录全部子站地址，并明确各子站各处于哪台通信主机所在的网络。这样能保证下发数据时，可以准确的找到相应的通信主机，再转发到其下的目的子站。
结论
本文介绍了一种基于ofdm技术的配电自动化通信系统，描述了其通信子站、主站部分和相应的硬件电路和软件方案。通过介绍int51x芯片，可以发现ofdm技术应用到电力线通信具有的很强的优越性。
参考文献:
[1]. plc datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/plc_1248813.html.
[2]. int51x1 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/int51x1_1136773.html.
[3]. w90n740 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/w90n740_1095266.tml.
[4]. max3232 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/max3232_1107769.html.
[5]. arm7tdmi datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/arm7tdmi_139812.html.
[6]. rs232 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/rs232_585128.html.
[7]. at93c46 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/at93c46_143850.html.
[8]. rtl8201 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/rtl8201_586322.html.
(本文转自电子工程世界：http://news.eeworld.com.cn/mcu/2013/1130/article_14334_2.html)
