關(guān)于電力線(xiàn)通訊技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及其應用遠景 

1引言

從1999年起，電科院就開(kāi)始對高速plc進(jìn)行研究，并在2001年8月，在沈陽(yáng)建立了第一個(gè)實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )。又從2001年12月起，國電通訊中心開(kāi)始組織國內外廠(chǎng)商在北京居民區開(kāi)展plc應用試驗，這些公司包括韓國的xeline（14mb/s系統）、瑞士ascom公司（4.5mb/s系統）、美國leap公司（14mb/s）、西班牙的ds2公司.福建電力試驗研究院（10mb/s系統），以及電科院（14mb/s系統）等。隨著(zhù)研究的深進(jìn)，plc也向更高速率發(fā)展。例如將速率進(jìn)步到100mb/s，甚至200mb/s。屆時(shí)，高速plc將為寬帶接進(jìn)通訊作出更大貢獻.本文試圖從高速plc的主要技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )結構模式、主要上風(fēng)、存在題目等方面對這一技術(shù)的發(fā)展和未來(lái)進(jìn)行闡述。 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計|

2電力線(xiàn)通訊的主要技術(shù)

近幾年國內外開(kāi)展的利用低壓電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)傳輸，其速率在1mb/s以上的plc技術(shù)，稱(chēng)為高速plc。高速plc利用1.6m~30m頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時(shí)，利用gmsk（高斯濾波最小頻移鍵控）或ofdm（正交頻分多路復用）調制技術(shù)將用戶(hù)數據進(jìn)行調制，把載有信息的高頻加載于電流,然后在電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將調制信號取出，再經(jīng)過(guò)解調，就可得到原通訊信號,并傳送到計算機或電話(huà)，以實(shí)現信息傳遞。目前可達到的通訊速率依具體設備不同在4.5m~45m之間。plc設備分局端和調制解調器，局端負責與內部plc調制解調器的通訊和與外部網(wǎng)絡(luò )的連接。在通訊時(shí)，來(lái)自用戶(hù)的數據進(jìn)進(jìn)調制解調器調制后，通過(guò)用戶(hù)的配電線(xiàn)路傳輸到局端設備，局端將信號解調出來(lái)，再轉到外部的internet。該技術(shù)在不需要重新布線(xiàn)的基礎上，在現有電線(xiàn)上實(shí)現數據、語(yǔ)音和視頻等多業(yè)務(wù)的承載，也就是實(shí)現四網(wǎng)合一。終端用戶(hù)只需要插上電源插頭，就可以實(shí)現因特網(wǎng)接進(jìn)，電視頻道接收節目，打電話(huà)或者是可視電話(huà)。

lc傳輸技術(shù)，是為提供端到端接進(jìn)而設計的。它貫串了從家用電源插座和終極用戶(hù)終端到電信網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)口點(diǎn)。plc技術(shù)利用室內電源線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將ip包從用戶(hù)pc傳送至一個(gè)家庭室內進(jìn)口點(diǎn)的集成器，在這一進(jìn)口點(diǎn)，另外一個(gè)傳輸段利用低壓配電網(wǎng)將數據傳輸至同時(shí)為多個(gè)家庭提供電源的變壓器。plc技術(shù)主要包括以下幾個(gè)要素：

（1）電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )單元（pnu）

pnu負責控制電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )并從單元配電網(wǎng)集成話(huà)務(wù)。通過(guò)適當的電信干線(xiàn)接口，pnu再將話(huà)務(wù)傳至饋電網(wǎng)絡(luò )。根據饋電網(wǎng)絡(luò )中使用的不同介質(zhì)，pnu也可轉換來(lái)自低壓配電網(wǎng)的數據話(huà)務(wù)。

（2）電源線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )終端（pnt）

pnt為終極用戶(hù)pc或其它用戶(hù)提供適當的接口，如以太網(wǎng)或是usb。為了降低本錢(qián)，這一獨立設備能夠和pc或其他設備相集成。

（3）耦合設備（couplingunit）

耦合設備是將信號傳進(jìn)線(xiàn)路并過(guò)濾噪音的。目前它還是一個(gè)使用插銷(xiāo)插進(jìn)電插座的相對獨立的設備，今后它可能會(huì )和plc調制解調器集成于一體。這個(gè)集合體有一天將使pc可能直接在網(wǎng)上運行。

（4）正交頻分多路復用技術(shù)（orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm技術(shù)）

電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)采用的是這種多路復用技術(shù)，可以進(jìn)步電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸質(zhì)量。它是一種多載波調制技術(shù)。傳輸質(zhì)量的不穩定意味著(zhù)電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不能保證如語(yǔ)音和視頻流這樣的實(shí)時(shí)應用程序的傳輸質(zhì)量。然而對于傳輸突發(fā)性internet數據流，它卻是個(gè)理想的網(wǎng)絡(luò )。即便是在配電網(wǎng)受到嚴重干擾的情況下，ofdm也可提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率，而且適當的糾錯技術(shù)可以確�？煽康臄祿�傳輸。

2電力線(xiàn)通訊的網(wǎng)絡(luò )結構模式

近期，國電科技推出了200mb/s高速plc通訊系統，這是我國電力通訊工作者多年努力的結果。該系統具有結構簡(jiǎn)單、本錢(qián)低等特點(diǎn)，而且這種電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)通訊系統的網(wǎng)絡(luò )結構支持兩種模式，一種是主從式網(wǎng)絡(luò )，即在網(wǎng)絡(luò )內有一主節點(diǎn)（accessmaster），其他的plc終端（如：accessslave、repeater）作為從節點(diǎn)，所有從節點(diǎn)間不能直接通訊，從節點(diǎn)間的通訊均通過(guò)主節點(diǎn)來(lái)完成；另一種是對等網(wǎng)絡(luò )，即網(wǎng)絡(luò )內所有設備（in-home）都是同等的，他們之間是直接通訊的。這種方式多用于小范圍內組網(wǎng)的應用，如家庭內部組網(wǎng)。

　　200m電力線(xiàn)通訊有以4種工作模式：

　�、兕^端路由器（accessmaster）
　�、谟脩�(hù)終端（accessslave）
　�、坜D發(fā)器（repeater）
　�、芗矣媒K端（in-home）

　　現分別介紹他們：

（1）頭端路由器

頭端路由器是plc網(wǎng)絡(luò )的主控節點(diǎn)屬公用設備，它通常位于中壓/低壓變壓器四周，負責治理控制每個(gè)與它直接通訊的plc設備，并負責進(jìn)行外部寬帶網(wǎng)與plc網(wǎng)絡(luò )之間的信息交換。

　（2）用戶(hù)終端

　用戶(hù)終端是plc網(wǎng)絡(luò )的從節點(diǎn)，它是用戶(hù)通訊終端設備，通常位于用戶(hù)的電源插座四周。cpe的通訊必須通過(guò)頭端路由器治理。

　（3）轉發(fā)器

　　轉發(fā)器分為時(shí)分轉發(fā)器與頻分轉發(fā)器兩種，時(shí)分轉發(fā)器由單個(gè)plc通訊模塊構成，轉發(fā)前后的信號都工作在同一頻段，但轉發(fā)數據的接收和發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行。而頻分轉發(fā)器由兩個(gè)plc通訊模塊，并它們工作在不同的頻段。其中一個(gè)plc通訊模塊與在轉發(fā)前的設備工作在同一頻段，并負責于其通訊，另一個(gè)plc通訊模塊與轉發(fā)后的設備工作在同一頻段，并負責于其通訊，轉發(fā)數據的接收和發(fā)送能夠同時(shí)進(jìn)行。

　（4）家用終端

　　家用終端只能應用對等網(wǎng)絡(luò )，任何一個(gè)支持用戶(hù)終端模式的200mplc設備都可工作在家用終端模式，但當設備在家用終端模式時(shí)，它只能與其他家用終端或轉發(fā)器進(jìn)行通訊。而不能與頭端路由器、用戶(hù)終端通訊。

3電力線(xiàn)通訊的主要上風(fēng)

電力線(xiàn)上網(wǎng)充分利用現有的配電網(wǎng)絡(luò )基礎設施，無(wú)需任何布線(xiàn)，是一種“nonewwires”技術(shù)�？梢怨澥×司薮蟮男略鐾顿Y。目前，我國擁有全世界長(cháng)度排名第二的電力輸電線(xiàn)路，全國500kv和330kv的電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)路長(cháng)達25094.16km，220kv線(xiàn)路107348.06km，加上110kv線(xiàn)路共計310000km，可繞地球近8圈。我國目前電話(huà)用戶(hù)不到3億，但用電用戶(hù)已超過(guò)10億，顯然這連接10億用戶(hù)的既存電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)是提供上網(wǎng)服務(wù)的巨大物質(zhì)基礎，直接在覆蓋全國的電力網(wǎng)絡(luò )上架構互聯(lián)網(wǎng)連接將比現在展設光纖的方式節省大量的人力和物力。

用plc上網(wǎng)需要增加的設備有兩種：plc的局端設備以及plc調制解調器。其中，plc調制解調器放置在用戶(hù)家中，局端設備一般放置在樓宇的配電室內。隨著(zhù)上游芯片廠(chǎng)商在14m產(chǎn)品技術(shù)上相對成熟，目前plc設備的整體投進(jìn)在不斷下降，當前14m的plcmodem產(chǎn)品，其本錢(qián)價(jià)已經(jīng)降低到與adsl貓相仿的水平，而局端設備則便宜很多。由于一般一個(gè)局端拖帶plc調制解調器的規模為20～30臺，因此，隨著(zhù)用戶(hù)的增長(cháng)，局端設備可以隨時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)增加。這一點(diǎn)對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)就意味著(zhù)，他可以不必在設備采購初期投進(jìn)巨大的資金。因此也有寬帶網(wǎng)絡(luò )接進(jìn)“最后一公里”最具競爭力的解決方案之稱(chēng)。利用電力上網(wǎng)全天候在線(xiàn)的特點(diǎn)，可輕松實(shí)現數據、語(yǔ)音、視頻以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”！更可以在智能家用電器控制、數字化社區服務(wù)、小區安防等領(lǐng)域大顯身手。

電力線(xiàn)接進(jìn)不僅僅應用于室外，而且能夠對家庭聯(lián)網(wǎng)提供支持，提供高速的家庭網(wǎng)解決方案，人們可以盡享由plc技術(shù)帶來(lái)的家庭音、視頻網(wǎng)絡(luò )，多人對抗游戲等娛樂(lè )。它又是家居自動(dòng)化的能手，通過(guò)遍布各個(gè)房間的墻上插座將智能家電聯(lián)網(wǎng)，提前享用數字化家庭的舒適和便利。

4電力線(xiàn)通訊存在的缺點(diǎn)

（1）存在衰減

在家庭的不同插座接進(jìn)計算機，上網(wǎng)速度會(huì )不同，當你的計算機所接的插座和電表之間有大功率電器（如空調）開(kāi)啟會(huì )影響網(wǎng)速。這并不意味著(zhù)plc技術(shù)存在題目，由于已經(jīng)有相應的設備往解決這一題目了，通訊研究所的帶寬穩定裝置就是一種。

（2）大部分情況下，plc數據需要通過(guò)電表傳輸，帶寬往往在這里產(chǎn)生非常大的衰減，這成為plc的主要技術(shù)瓶頸之一

plc的帶寬是否在電表處形成衰減，主要題目在于電表的設計，而不是plc自身的技術(shù)因素，不同電表設備提供商的電表設備是不同的，主要是電容器的位置題目，特別是對于電容器置前的電表產(chǎn)品，由于會(huì )使高頻信號發(fā)生短路。

（3）噪聲大、安全性低

出現這種情況的主要原因在于，電力系統的基礎設施并不具備提供高質(zhì)量數據傳輸服務(wù)的功能，而且，由于家庭電器產(chǎn)生的電磁波會(huì )對通訊產(chǎn)生干擾，所以使用電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)進(jìn)行通訊時(shí)經(jīng)常會(huì )發(fā)生一些不可預知的錯誤，不過(guò)這些題目已經(jīng)在努力解決之中。另外，由于電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)進(jìn)行上網(wǎng)服務(wù)是一種“共享帶寬”（sharedbandwidth）技術(shù)，所以用戶(hù)上網(wǎng)時(shí)的速度，會(huì )取決于當時(shí)有多少用戶(hù)上網(wǎng)。

（4）利用電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)的信息安全題目

由于電力系統的基礎設施和使用特性決定了它是一個(gè)開(kāi)放性結構，固然采用了技術(shù)保護措施，但還不能保證其信息的安全。其次，還存在著(zhù)帶寬的拓寬題目。固然，利用電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)信息傳送速度可能達到10mbps左右，但相對于比較成熟的以太網(wǎng)接進(jìn)技術(shù)，電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)技術(shù)必須尋求寬帶拓寬的空間。由于以太網(wǎng)接進(jìn)技術(shù)的帶寬拓展性非常好，它的帶寬可以拓寬到100m，甚至1000m。假如電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)不能解決帶寬的拓展題目，在與其它接進(jìn)方式的市場(chǎng)競爭中就會(huì )有被淘汰的危險。

（5）不能解決傳輸帶寬的題目

plc與電話(huà)線(xiàn)上網(wǎng)從本質(zhì)上來(lái)講并沒(méi)有區別，都是利用銅線(xiàn)作為傳輸媒質(zhì)。而銅線(xiàn)上網(wǎng)的最大題目就是不能解決傳輸帶寬的題目，這是電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)面臨的首道關(guān)卡。固然plc試驗網(wǎng)絡(luò )接進(jìn)速度較快，不但遠遠超過(guò)普通撥號和isdn，也已超過(guò)adsl，上網(wǎng)桌面速率達到2mb/s。但這個(gè)速度只是理想情況下的最高速度，若同一地區多個(gè)用戶(hù)同時(shí)上網(wǎng)，則數據傳輸速度將會(huì )相應地降低。電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)是一種共享的帶寬，假如將這些資源分配到每一個(gè)具體的用戶(hù)桌面，就成了窄帶的概念。電力線(xiàn)’>電力線(xiàn)上網(wǎng)就是銅線(xiàn)上網(wǎng)，在銅線(xiàn)上不可能無(wú)窮制地提升傳輸數據通訊容量的潛能。但是如何使其潛能充分發(fā)揮，則是擺在我們眼前的一個(gè)重要課題。

五、總結

其一，電力線(xiàn)上網(wǎng)作為一個(gè)新生的事物，固然面對的是激烈的市場(chǎng)競爭，最近國電科技推出的200mb/splc接進(jìn)解決方案不僅具有布線(xiàn)簡(jiǎn)單、電磁輻射低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，更在接進(jìn)帶寬和穩定性方面有了重大突破，具有強大的市場(chǎng)競爭力和廣泛的市場(chǎng)應用遠景。200mb/splc接進(jìn)解決方案一旦進(jìn)進(jìn)貿易化階段，將會(huì )促進(jìn)電信市場(chǎng)的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。其二，針對目前高速plc通訊系統中存在的題目，加以研究和克服，這是各國同行們所努力投進(jìn)和關(guān)注的。例如，利用位于中壓變電站和低壓變電器之間的中壓配電網(wǎng)傳輸高于10mb/s信號，越來(lái)越被人們所重視。其三，無(wú)論速率提升受到何種程度限制，分布極廣。滲透到每個(gè)家庭、每座工廠(chǎng)、每幢大樓的電力線(xiàn)資源，充分地將通訊潛力能發(fā)揚廣大，這是人類(lèi)通訊史上重大進(jìn)步，其遠景肯定是光明的。