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10kHz～490kHzで最大100kbpsを実現する、初のOFDMベースの電力線通信モデム
10kHz～490kHz OFDMベースの電力線通信モデム
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編集者の方へ：
- 業界初のOFDMベースの広帯域PLCモデムとなるMAX2990は、10kHz～490kHzの周波数帯域で最大100kbpsの速度でデータ伝送を実現します。
- このデバイスは、FCC、CENELEC、およびARIBなど、世界中の通信規格に準拠しています。
- この高集積SoCは、ネットワークの他のデバイスに電源を供給する同じ電気線での堅牢なデータ通信を可能にするため、スペースとコストを節約し、製品化までの時間を短縮します。
- MAX2990は、自動メータ読取り、エネルギー管理および負荷制御、照明制御、およびビルオートメーション、産業オートメーション、ホームオートメーションなどのアプリケーションに最適です。
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カリフォルニア州サニーベール—2008年5月23日—マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ(PINK OTC MARKETS：MXIM)は、OFDMベース、電力線通信(PLC)モデムのMAX2990を発表しました。このデバイスは、最先端の広帯域通信技術を使用しており、ACおよびDC電力線上で最大100kbpsの速度で、コスト効率の高い、双方向性データ通信を提供します。この製品は、既存の電力線を使用するため、ネットワークノード間の相互接続用の外部ケーブルは不要です。
MAX2990は、10kHz～490kHzの広い周波数帯域に対応しており、CENELEC、FCC、およびARIBなどの国際的な電力線通信規制に準拠しています。この高集積SoCは、自動メータ読取り(AMR)、エネルギー管理および負荷制御、照明制御、およびビルオートメーション、産業オートメーション、ホームオートメーションなど、長距離で高いデータ速度を必要とするアプリケーションに最適です。
既存の電力線による通信の課題
電力線ネットワークは、世界でも群を抜いて最も大きなネットワークです。電力線を通信に使用するという考え方は1920年代にまで遡りますが、現在、専用線に設置された通信デバイスの数のほうが、AC電力線に設置されている数をはるかに上回っています。
電力線は苛酷な環境です。10kHz～500kHzの低い周波数帯域は、混信、背景雑音、インパルス性雑音、および群遅延に特に敏感です。図1は、標準的な電力線チャネルでの平均雑音を示しています。
これらの課題を克服するために、多くの企業は、スペクトラム拡散やその他の狭帯域方式など、様々な変調技術を試みています。これらのソリューションの中で、今日の要求の厳しいアプリケーションで必要となる、長距離において高いデータ速度を実現するものはありません。
OFDMおよび最先端のネットワーキング技術が堅牢なデータ通信を保証
マキシムは、PLCに固有の問題を、最先端の広帯域通信技術を応用することによって解決しました。MAX2990は、DBPSK変調および前方誤り訂正(FEC)を備えたOFDM技術を使用しており、狭帯域干渉、群遅延、妨害波信号、インパルス性雑音、および周波選択性減衰が存在する場合でも堅牢なデータ通信を提供します。この結果、MAX2990は、10kHz～490kHzの周波数帯域でデータ伝送を実現する業界で唯一の広帯域PLCチップとなります。
最先端のネットワーキング技術が、信頼性の高い、非常にセキュアな通信ネットワークを確実にします。具体的には、CSMA/CA方式が複数ノードの分散型ネットワークでのデータトラフィックフローを制御し、自動再送要求(ARQ)機能が、着信パケットの送信と受信を確実にします。MAX2990は、また、高速DES符号化/復号化コプロセッサを内蔵しており、データセキュリティを向上させます。
帯域利用の改善によるデータリカバリの最大化
図2は、FSKなどの狭帯域技術とOFDMなどの広帯域技術を比較しています。これらの2つの技術は、1シンボル当りに送信するデータ(1シンボルは1回に送信されるデータの最小単位)に使用されるトーン数が異なります。グラフは、狭帯域方式よりもOFDMの方が帯域をより効率的に利用しており、ある一定の帯域で、より多くのトーンを伝送可能であることを示しています。
OFDMシステムはより多くのトーン数を提供するため、MAX2990は、Reed Solomonや複雑な符号化などのデータリカバリ方式を実行することができます。これらの最先端のチャネル符号化技術が、異なるトーンでデータとともに伝送可能な誤り訂正ビットを提供し、最大限のデータリカバリを提供します。このOFDM機能によって、MAX2990は業界でもっとも堅牢なPLCモデムとなっています。
高いデータ速度で優れた性能
モデムを評価するとき、考慮するべきもっとも重要な値の1つに、所与の信号対雑音比(SN比)におけるビット誤り率(BER)があります。BERは、ある雑音レベルにおいて伝送されたビットに対する損失ビットの比率です。
標準的なFSKシステムは、最大2kbpsのデータ速度で12dBのSN比において最大104のBERであるのに対し、MAX2990は、同じBERをCENELECの周波数帯域の10kHz～95kHzにおいて、最大32kbpsのデータ速度で最大4dBのSN比によって実現します。このように、誤り訂正技術を備えたOFDM技術を使用することによって、最大8dBの性能改善を大幅に高いデータ速度で実現可能です。
MAX2990は、性能をさらに改善するために、入力信号のばらつきが、SNRレベル、入力変動レベル、および潜在的な帯域内のトーンの低減など、予め定義されたスレッショルドを超えた場合は、自動的にロバストモードに切り替わります。この結果、このモードは、最大5dBのSN比の改善を実現しますが、データ速度は遅くなります。
サンプルおよび詳細情報
MAX2990は、物理(PHY)層およびメディアアクセス制御(MAC)層を、マキシムの16ビットRISC MAXQ®マイクロコントローラも内蔵した1つのチップに集積化しています。MAX2990は、MACコードおよびユーザ定義のカスタムアプリケーションを実行するための32kBのフラッシュメモリと、データメモリ用の8kBのSRAMを内蔵しています。さらに、MAX2990は、UART、SPI™、およびI²Cシリアルインタフェースに対応しており、電力線とネットワーク上の他の機器間で途切れにくい通信を実現します。詳細は、図3を参照してください。
MAX2990は、64ピンLQFPパッケージで提供され、-40℃～+85℃の拡張温度範囲での動作が保証されています。参考価格は$8.50 (1,000個以上、FOB USA)となっています。詳細については、japan.maxim-ic.com/PLC-Modemを参照してください。
MAX2990の主要機能
- 物理層(PHY)とメディアアクセスコントローラ(MAC)を集積化
- 32kBのフラッシュメモリと8kBのSRAMを備えた高集積マイクロコントローラ
- 通常モードでの最大有効データ速度：32kbps (@10kHz～95kHz)、100kbps (@10kHz～490kHz)
- 準拠する規制:
- CENELEC (10kHz～140kHz)
- FCC (10kHz～490kHz)
- ARIB (10kHz～450kHz)
- 前方誤り訂正(FEC)機構とCRC16およびCRC32を内蔵
- 符号化/復号化コプロセッサとして高速DESエンジンを内蔵
- FCCおよびARIB用の妨害波打消し機能
- ユーザ設定による開始および終了動作周波数
- CSMA/CAチャネルアクセスの調停およびARQ
- SPI、I²C、およびUARTインタフェースに対応
- リアルタイムクロック(RTC)
- LED照明制御などのアプリケーション用PWMカウンタ
マキシム･インテグレーテッド･プロダクツは、年間に20億ドルを超える高性能半導体製品を設計、製造、販売する株式公開企業です。マキシムは、顧客の製品に付加価値となる、革新的なアナログおよびミックスドシグナルのエンジニアリングソリューションの提供を使命として設立されて以来25年以上になります。今日まで、マキシムが開発した製品の数は5600以上に達し、産業機器、通信、民生、およびコンピューティングの各マーケットに製品を提供しています。詳細はjapan.maxim-ic.comをご覧ください。
図1. http://japan.maxim-ic.com/MAX2990-Fig1
図2. http://japan.maxim-ic.com/MAX2990-Fig2
図3. http://japan.maxim-ic.com/MAX2990-Fig3
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〒169-0051 東京都新宿区西早稲田3-30-16
マキシム･ジャパン株式会社
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