PLC物理帧介绍与分析

在HomePlug 1.0中，物理层帧，或者说物理PPDU（物理协议数据单元）与MAC层的帧密切相关，这是因为MAC层的信息在物理层才变为可用。

物理层有两种类型的PPDU，即长PPDU和短PPDU。除此之外，物理层还有一些用于分隔这些PPDU或者确保PPDU有足够间隔的组成单元，这些单元确保工作站之间有足够的时间传输和接收帧。HomePlug 1.0物理帧可由以下不同单元组成：

1）三个分隔符：

SOF（Start Of Frame，帧开始）：用来划定帧的开始之处；

EOF（End Of Frame，帧结束）：用来划定帧的结束之处；

短PPDU：是目标工作站发回的响应，用来表示传输的数据已经收到。

2）在两帧传输之间的两个时间间隔：

CIFS（竞争分布式帧间间隔）：它在帧尾部，是帧结束分隔符之前的一个间隔；

RIFS（响应帧间间隔）：它是等待目标工作站响应时的一段时间间隔。

3）长PPDU：它包含了数据帧。

图5.11给出了HomePlug 1.0和Turbo的PLC物理帧的所有组成部分，在图中，还有一个包含着上层数据的长帧，用于划分物理媒介中的帧边界的帧间间隔，以及用来管理PLC设备响应以及优化通信时间的短帧。

图5.11 HomePlug1.0物理帧的元素

物理层的长帧，被称作PLCP PPDU（物理层通用协议PPDU），也就是通过物理层发送的数据块。这些长帧，也被称作长的PPDU，包括6个部分：前导、帧检验、帧头、帧主体、填充位以及FCS。

1）位于SOF中的帧前导用来标注MAC帧的时间戳。

2）FC（帧检验）是用来检验帧的。帧中包含有4个OFDM符号，这些符号具有很强的抗传输信道噪声能力并且使用了Turbo卷积码。这种码被广泛用于Home-Plug AV中的信号处理。这4个符号需通过传输信道进行传输，从而使接收端尽可能知道链路状态和传输数据的错误情况。

3）帧头包含了与传输速率相关的不同信息，这些信息根据信号质量而不断变化。

4）帧主体包含了来自MAC层的数据信息。这一信息也被称作MPDU（MAC层数据单元）。

5）当有用数据达不到最小帧的大小时，填充位用来填充这个帧。

6）FCS（帧检验序列）用来检验帧主体中的数据的完整性。

当没有优先级和竞争帧头时，所有HomePlug 1.0帧的长度大约为1.5ms，包含由160个持续时间为1.328ms的OFDM符号的帧主体。

图5.12给出了HomePlug 1.0和Turbo中长帧的各个要素。这种长帧通常包括3部分：帧的开始，其被用来识别网络中的长帧；数据（包含上层数据帧主体）；帧的结束，用来识别帧的结束，从而告知PLC设备可以发送下一帧。(www.xing528.com)

图5.12 HomePlug1.0的长帧结构

物理帧的开始分隔符

开始分隔符包括两部分，即前导和FC（帧检验）：

1）前导包括了帧的发送时间戳。

2）FC（帧检验）包括几个部分：竞争检验部分，用来检验传输帧的竞争程度；记载分隔符的类型部分；可变的部分，这一部分包括两个特别重要的关于PLC通信的内容（载波列表，它存储了PLC设备之间的链路状态；下一帧大小信息）和帧检验序列部分。在最后一部分中使用了CRC（循环冗余校验），用来检验帧的完整性（见图5.13）。

图5.13 物理帧

物理的数据主体

物理帧的数据主体情况如图5.14所示。它包括封装在PPDU中的MDPU。这种MPDU包括EB（数据块首）、PAD（填充位）（当数据不能完全填充数据部分时）和SCB（比特检验序列）三部分。SCB用ICV（完整性检验值）来检验数据主体的完整性。

物理帧的结束分隔符

物理帧以结束分隔符结束，其包括前导和帧检验部分。

帧检验部分包括4个部分（见图5.15）：

1）竞争校验，用来检验帧间竞争的时长状态。

2）分隔符号类型，指定分隔符是在帧头还是在帧尾。

3）与这个分隔符相关的特定变量，其包括PLC站的优先级状态（用CAP参数表明）。

4）FCS，它使用了16bit的CRC，用于确认帧的完整性。FCS在帧的帧头和帧主体中都有。FCS中使用的技术在链路上的帧传输主流标准中很常见。

图5.14 物理帧数据结构

图5.15 物理帧的尾部结构