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PLC鋪路“四網合一”

中國電力科學研究院 趙丙鎮(zhèn) 李祥珍 2003/02/28

　　電力線上網是電力線通信(Power Line Communication，簡稱PLC)技術的俗稱，是指利用電力線傳輸數據和話音信號的一種通信方式。電力線通信并不是新技術，已經有幾十年的發(fā)展歷史，在中高壓輸電網(35kV以上)上通過電力載波機利用較低的頻率(9～490kHz)以較低速率傳送遠動數據或話音，就是電力線通信技術應用的主要形式之一。在低壓(220V)領域，PLC技術首先用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化，其傳輸速率一般為1200bps或更低，稱為低速PLC。近幾年國內外開展的利用低壓電力線傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術稱之為高速PLC，由于該技術目前主要應用于互聯網訪問領域，又稱為電力線上網。

　　工作原理與系統(tǒng)設備

　　在電力線上網系統(tǒng)中，一般在配電變壓器低壓出線端安裝PLC主站，將PLC高頻信號和傳統(tǒng)的寬帶通信信號進行互相轉換。PLC主站的一側通過電容或電感耦合器連接電力電纜，注入和提取高頻PLC信號；另一側通過傳統(tǒng)通信方式，如光纖、CATV、xDSL等連接至Internet。在用戶側，用戶的計算機通過以太網接口或USB接口與PLC調制解調器相連，普通話機通過RJ-11接口連至PLC調制解調器，而PLC調制解調器直接插入墻上插座。如果PLC高頻信號衰減較大或干擾較大，可以在適當的地點加裝中繼器以放大信號。

　　電力線上網設備主要由接口、調制解調和耦合等三部分組成。電力線上網設備也需要供電，它的電力線接口除了為設備供電的功能以外，還承載著用于高速數據通信的高頻信號，但信號與供電電路之間已經利用耦合單元進行了安全隔離，用戶不必擔心使用電力線上網設備會有觸電的危險。

　　電力線上網設備采用的調制技術有OFDM（正交頻分復用）、DMT（多載波調制）、擴頻及常規(guī)的QPSK，FSK等。目前傳輸速率較高的電力線上網技術均采用OFDM調制，這是由于OFDM的頻譜利用率極高的緣故。OFDM調制在電力線上網中的成功應用是近年來電力線上網技術取得突破性進展的重要原因之一。

　　高速PLC應用模式

　　當前高速PLC技術主要有兩種應用模式：其一為以美國為代表的家庭聯網模式。這種模式的高速PLC只提供家庭內部聯網，戶外訪問使用其他傳統(tǒng)的通信方式。這一方面是由于美國ADSL、HFC等技術和產品已經比較成熟和普及，更重要的是由于美國的低壓配電變壓器一般為單相，平均只為5～6個用戶提供供電服務，推廣電力線上網成本過高的緣故。

　　另一種模式是面向歐洲和亞太市場的電力線上網，因為這些地區(qū)的低壓配電網結構比較類似，一般一臺配電變壓器為200～300個住宅用戶提供供電服務，推廣電力線上網服務平均成本較低。

　　優(yōu)越性

　　同其他通信方式相比，高速PLC具有如下優(yōu)越性。

1) 電力線是最基礎的網絡，它的規(guī)模之大，是其他任何網絡所無法比擬的。它充分利用現有的低壓配電網絡基礎設施，無需任何布線，無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公用設施的破壞。

2) 可以為用戶提供價格低廉的高速互聯網訪問服務、IP話音服務，從而使用戶上網和打電話增加了新的選擇，有利于同其他電信服務商的競爭。

3) 對家庭聯網提供支持，使人們可以方便地盡享由PLC技術帶來的家庭音、視頻網絡及多人對抗游戲等娛樂。

4) 是家居自動化的生力軍，通過遍布各個房間的墻上插座將智能家電聯網，提前享用數字化家庭的舒適和便利。

5) 利用PLC的永久在線連接構建的防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng)，讓上班族高枕無憂；構建的醫(yī)療急救系統(tǒng)，讓家有老人、孩子和病人的家庭倍感方便。

6) 遠程自動讀出水、電、氣表數據，為公用事業(yè)公司節(jié)省大量的抄表費用，也方便了用戶。

7) 為電力公司提供負荷控制、需求側管理的新手段，提高電力公司管理水平。

8) 電力公司以極低的投資就可以進入ISP、ICP和話音等電信服務市場，成為新的利潤增長點。

9) 實現數據、話音、視頻、電力“四網合一”，創(chuàng)造巨大的經濟和社會效益。

　　不足

　　電力線上網的難點和不足體現在如下幾個方面。

　　噪聲問題。低壓配電網上存在著頻譜范圍很寬的噪聲源，對電力線通信的傳輸效果影響較大，必須采取相應的措施加以解決。

(1) 對于家用電器，尤其是計算機、電視機開關電源產生的噪聲，以及利用可控硅制成的調節(jié)燈、節(jié)能燈及其相關產品所產生的噪聲，可以通過加裝濾波裝置加以濾除，凈化電力線通信環(huán)境。

(2) 開、關設備在電力線上所產生的噪聲，電動馬達所產生的強噪聲，以及其他高頻信號在空間傳播過程中耦合到電力線上所產生的噪聲，可以通過信道檢測技術加以避讓。

　　阻抗匹配問題。低壓配電網線路阻抗低且波動很大，開關一盞電燈都將引起線路阻抗的變化，使電力線上網裝置的輸出阻抗和輸入阻抗很難與線路阻抗完全匹配。這一點可以通過相應的AGC電路加以改善。

　　多徑反射問題。低壓配電網復雜的拓撲結構導致多徑反射，引起信號的選擇性衰減和碼間串擾。采用OFDM調制方式可以有效改善這一狀況。

　　電磁兼容性問題。由于高速PLC與短波收音機和業(yè)余無線電共用頻段，而電力線相當于發(fā)射天線，如果發(fā)送功率過高，將產生電磁污染，干擾其他設備的正常運行。必須制定相應的規(guī)范加以避免，例如德國的NB30、美國的FCC15等。

　　信號衰減問題。線路阻抗和容性負載引起的信號衰減使接收端信噪比達不到要求�？梢栽陔娏�的相應位置加設中繼以放大信號。

　　電力公司的助推器

　　隨著電信和電力市場的逐漸開放，電力公司正在尋找支持其在市場上競爭優(yōu)勢的新方法。電力線上網提供了一種無需額外布線、低價高效、從配變抵達每個家庭的“最后三百米”解決方案，這對電力公司是一個極具誘惑的網絡接入解決方案。利用已經存在的電力網設施，電力公司僅需投入較低的電力線上網設備費用，就可以迅速進入通信和網絡市場，為其創(chuàng)造新的利潤增長點，今天的電力公司完全可能成為明天的電信公司。此外，高速PLC提供的電力增值服務為電力公司節(jié)省了大筆的費用，這些服務包括遠方自動抄表、需求側管理、負荷控制、實時計費等。

　　電力公司提供電信服務，具有十分明顯的優(yōu)越性。首先其擁有比電信和有線電視多得多的電力用戶、詳盡的客戶信息和費單系統(tǒng)；其次很多電力公司已經建立了深入各中高壓變電站的高速光纖網絡，用于電網監(jiān)控和用電量信息的內部傳輸，有的電力公司甚至已將光纖架設到低壓配電變壓器。利用這些基礎設施，加上高速PLC解決“最后三百米”、家庭網絡方案，電力公司投入的費用是極少的，但產生的利潤卻是極為可觀的。

　　對于不打算自己提供電力線上網服務的電力公司，可以向一個或多個獨立的網絡運營商(如電信、網通、聯通、長城寬帶等)頒發(fā)利用電力公司網絡的許可證，并從中收取一定的網絡租用費。

　　國內外商用化進程

　　當前，電力線上網商用化運營方面走在前列的是德國公司。早在2000年5月，德國頂級電力公司RWE就開始采用瑞士ASCOM的產品為埃森的電力用戶提供電力線上網服務，速率達到2Mbps。在德國的曼海姆，當地的能源公司MVV采用以色列Main.Net公司的產品進行了商用化運營實驗，并為此成立了合資公司PPC (Power PLUS Communications AG)。PPC可以為每個終端用戶提供350Kbps ～1.2Mbps的帶寬，典型小區(qū)的用戶數為250到300戶，最大傳輸距離為500米，一般的典型傳輸距離為150～180米。目前在曼海姆已經擁有4.5萬個用戶，2003年底有望達到12萬，而其2006年的目標定則為50萬戶。PPC推出的PLC服務品牌為“VYPE”，初裝費119歐元，用戶可得到一個用戶終端、5個郵件地址和5兆的網頁空間。普通家庭的月租費為14.90歐元，每兆字節(jié)的收費為3.3歐分。包月家庭用戶每月的費用為24.90歐元。

　　迄今為止，除德國在埃森和曼海姆的兩個電力線上網項目投入商用化運營外，其他國家均在試點之中。其主要原因首先是法律上的，德國在2001年4月通過了一個法令，允許在電力線上經營Internet服務和電信服務，并制定了相應的規(guī)范NB30。從2001年12月起，我國的國電通信中心開始組織國內外廠商在北京的一些小區(qū)開展電力線上網實驗。包括廣華軒小區(qū)、華景園小區(qū)、善果小區(qū)、岳峰園小區(qū)、椿樹園小區(qū)16號樓，以及華能平淵里小區(qū)等。

　　研發(fā)進展

　　自從Nor.Web公司取得了電力線載波技術的重大突破，實現了在低壓配電網上進行1Mbps的遠程通信以后，許多國家的研究機構相繼開展了類似的研究和開發(fā)，如美國的Intellon、Inari(Intelogis)公司，以色列的ITRAN、Main.Net公司，韓國的Xeline公司，瑞士的ASCOM公司，德國的Polytrax公司，西班牙的DS2公司等，產品的傳輸速率也從1Mbps發(fā)展到2Mbps、14Mbps、24Mbps，甚至45Mbps。

　　在英國誕生高速PLC技術以后，我國的研究機構也進行了相應的研究，取得了一定的成果。中國電力科學研究院自1999年開始從事高速PLC的研究工作，開發(fā)了2Mbps、14Mbps、45Mbps等高速PLC系列產品。并于2001年8月起在沈陽電業(yè)新村小區(qū)建立了我國第一個高速PLC實驗網絡，開通了基于該網絡的數字化社區(qū)。福建電力試驗研究院基于家庭插電聯盟標準，研制了10Mbps電力線調制解調器。

　　隨著高速PLC研究的進一步深入，該技術也在不斷發(fā)展中。一方面，高速PLC技術正在向更高速率的方向發(fā)展，西班牙DS2公司繼推出45Mbps PLC芯片后，目前正在研制更高速率100Mbps，甚至200Mbps的芯片，預計將于2003年底前交付開發(fā)商使用。而Intellon公司也計劃于2003年推出速率為54Mbps的芯片。

　　另一方面，隨著技術的發(fā)展，利用位于中壓變電站和低壓配電變壓器之間的中壓(10kV)配電網傳輸高速(高于10Mbps)數據信號的設想也日益引起人們的重視，每條地埋中壓電纜都可以被用于高速骨干網。最近的研究表明，地埋中壓電纜的通道特性不亞于同軸電纜。如果能夠解決中壓配電網高頻傳輸中的一些特殊問題(如補償電容旁路，阻抗匹配等)，就可以充分利用現有資源，用中壓配電網部分取代光纖、同軸電纜或雙絞線作為(寬帶骨干)通信網，可以為電力公司提供一個新的、極富前景的經濟增長點。

　　相關組織與標準

　　在國際組織方面，當前電力線高速通信的國際組織主要有家庭插電聯盟HPA(HomePlug Powerline Alliance)、電力線通信論壇PLC Forum。

　　由Cisco、英特爾、惠普、松下和夏普等13家公司組成的家庭插電聯盟成立于2000年4月，致力于創(chuàng)造共同的家用電力線網絡通信技術標準。HPA現已發(fā)展成為由90家公司組成的企業(yè)集團，并選用美國Intellon公司的技術作為統(tǒng)一技術標準的原型。2001年6月，HPA發(fā)布了其標準的第1個版本Home-Plug Specfication1.0，將數據傳輸速率定為14Mbps，采用OFDM調制解調技術，MAC層協議為CSMA/CA。該標準定位于家庭內部網絡應用，對戶外高速電力線接入涉及較少。

　　PLC Forum于2000年3月23日在瑞士成立。它的72個成員包括著名的Alcatel Microelectronics、Ascom、Cisco、Enikia、Nortel Networks、Polytrax等公司。論壇的目標是為所有對PLC感興趣的制造商、客戶、研究人員以及政府機構提供一個平臺，促進他們交流和豐富有關PLC的知識。該論壇的市場目標是提供包括戶外接入和戶內聯網在內的全面PLC解決方案。PLC Forum不制定標準，但致力于將會員的提議提交給國際標準化組織，促使其成為標準。

　　HPA和PLC Forum的工作大約有40%是重疊的，HPA偏重于室內聯網，而PLC Forum則側重于接入部分，它們使用不同的頻段。另一個區(qū)別在于，PLC Forum主要與電力公司打交道，因為室外部分是電力公司的財產；而家庭內部的電力線不屬于電力公司，所以HPA主要針對家庭用戶進行工作。目前該組織正致力于放寬對PLC的電磁輻射限值，并納入國際標準。

　　由于電力線通信產生的電磁波同短波收音機共用頻段，它們之間會互相產生干擾，為了避免這種干擾，有必要制定一些標準和規(guī)范。目前世界上僅有英國的MPT1570、德國的NB30是專門針對高速PLC通信制定的法規(guī)。加上美國的通用電磁兼容標準FCC15，實際上高速PLC現有三個電磁兼容標準。三個標準中，FCC15最為寬松，NB30次之，MPT1570最為嚴格，

　　相比較而言，我國的電力線上網還處在試驗階段，沒有相應的電磁兼容標準、也沒有相應的產品檢驗準入機構。受原國家電力公司委托，中國電力科學研究院和國電通信中心正在對國際上有關高速PLC的標準、規(guī)范進行跟蹤研究，以期盡快制定出符合我國國情的電力線上網規(guī)范，引導該技術向健康的方向發(fā)展。

點擊一
幾種常用接入技術的比較

通信方式 速率（bps） 可否同線傳輸話音 物理介質 評價
模擬調制解調器 56k 否 電話線 應用廣泛、廉價但速度慢
ISDN 128k 是 電話線 應用不廣，較普通電話線稍貴
ADSL 8M下行
1M上行		 是 電話線 不干擾普通電話使用，頻帶專用不共享，頻寬受距離限制，不能組網，最長5公里，串擾嚴重，出線率僅30%
VDSL 12M 是 電話線 不干擾普通電話使用，頻帶專用不共享，頻寬受距離限制，不能組網，最遠1.2公里
有線電視網 10M取決于用戶數 否 同軸電纜 必須擁有現成的網絡接入，并改造為雙向傳輸；在新區(qū)域開辦服務和鋪設線路造價高昂；共享帶寬，可組網
WLAN 11M 是 空氣 易受建筑物阻擋，對天氣狀況敏感，受其他無線電波干擾
高速PLC 2~45M 是 電力線 無需新線，分布廣泛，接入方便

點擊二
當前國際上高速PLC廠商和產品狀況

公司 產品速率 應用范圍 產品 類別
ASCOM 4.5Mbps
1.5Mbps		 家庭網絡Internet 在德國有商業(yè)化運營網絡，在北京有實驗網絡 系統(tǒng)廠商
DS2 45Mbps 家庭網絡Internet 上下行速率18Mbps/27Mbps不同衡，在西班牙有試驗網絡運行，在北京和沈陽有實驗網絡 芯片廠商
Inari 2Mbps 家庭網絡Internet 被法國EasyPlug收購 芯片廠商
Intellon 14Mbps 家庭網絡 HomePlug Specification 1.0的技術原型，在北京和沈陽有實驗網絡 芯片廠商
ITRAN 2.5Mbps 家庭網絡Internet ITM1芯片，使用擴頻技術，Microsoft對其擁有股份 芯片廠商
Main.net 2.5Mbps 家庭網絡Internet 采用ITRAN公司芯片，在德國有商業(yè)化網絡運行 系統(tǒng)廠商
Nor.Web 1Mbps Internet DPL1000系列，率先在高速PLC領域取得突破的業(yè)界先驅，已停止研發(fā) 系統(tǒng)廠商
Siemens 1.2Mbps 家庭網絡Internet 已停止研發(fā) 系統(tǒng)廠商
Xeline 14Mbps 家庭網絡Internet 在北京有實驗網絡 系統(tǒng)廠商
中國電力科學研究院 2Mbps
14Mbps
45Mbps		 家庭網絡Internet 在北京和沈陽有實驗網絡 系統(tǒng)廠商
福建電力試驗研究院 10Mbps 家庭網絡Internet 在北京建有實驗網絡 系統(tǒng)廠商


點擊三

PLC的典型應用領域

華旗資訊 譚斌

目前，電力線組網有如下幾個應用領域。

1、 寬帶接入

　　對于“最后一公里”的解決方式來說，無論是Cable、xDSL還是LAN，在線路建設方面的投入都會遠遠大于電力線通信方式的投入，并且由于需要協同局端設備的支持，使得電信運營商的基礎投資較大，而電力線通信系統(tǒng)，網絡不需要大的改造，設備簡單、易于維護，不但為客戶帶來迅捷的聯網，而且為運營商帶來巨大的收益。

2、 證券、銀行的交易系統(tǒng)

　　遍布各處的電力線資源為證券、銀行等金融機構提供了簡單、便捷的聯網和工作方式，無論是海量的交易行情數據還是實時性要求嚴格的客戶交易數據，都可以通過電力線傳輸，不再需要傳統(tǒng)的網線和聯網設備，遍布各個角落的ATM也不再需要昂貴的DDN線路，這一切，使得聯網成本大大降低，從而降低運營成本。

3、 信息家電和多媒體服務

　　通過簡單的、基于Web的因特網家電，可以提供Web訪問，這一切不需要PC，不需要網卡，只要有電源插座就可以，另外PLC良好的移動性也為一些SoHo愛好者提供了應用環(huán)境。

4、 智能化小區(qū)和大廈

　　現在的智能化建筑已經實現了5A，但是這些不同的系統(tǒng)自動化需要不同的網絡支持，給建設和維護網絡系統(tǒng)帶來了巨大的壓力，借助PLC技術，無論是監(jiān)控、消防、安防還是辦公、通信都可以利用電力線實現，便于管理和擴展。

　　在這里，為大家推薦一個典型的應用案例——PLC在酒店中的應用。


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