基于電力線的寬帶接入方案

鄭潔　劉敏華　陳虹
　　摘要：簡要介紹了數(shù)字配電線載波技術(shù)，提出一種基于電力線的寬帶接入方案，并對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。


　　關(guān)鍵詞：數(shù)字配電線載波；電力線通信；寬帶接入


　　0　引言


　　現(xiàn)代電信正向著寬帶化、綜合化和個人化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的爆炸性發(fā)展改變了人們的生活方式，人們不再滿足于打電話、看電視，而是出現(xiàn)了眾多新的雙向交互式業(yè)務(wù)，如：電子郵件、視頻點播、家庭購物、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程診斷、會議電視、高速數(shù)據(jù)傳真等。這些業(yè)務(wù)種類多，而且要求高質(zhì)量、高速率的傳輸，這就給整個電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)“最后一公里”這一制約通信的瓶頸提出了巨大的挑戰(zhàn)。光纖到戶（FTTH）是用戶網(wǎng)今后必然的發(fā)展方向，但由于光纖用戶網(wǎng)的成本過高，在今后的很長一段時間內(nèi)大多數(shù)用戶網(wǎng)仍不可能完全使用光纖，于是近年來出現(xiàn)了多種過渡性的寬帶接入網(wǎng)技術(shù)，迄今為止，仍然沒有一個十全十美的方案，每個方案都有各自的優(yōu)點，又都有各自的不足。


　　1　當(dāng)前主要接入網(wǎng)技術(shù)


　　在眾多方案中，ADSL技術(shù)利用原有的電話線路，不加改造就可以傳送高速數(shù)據(jù)信號（下行12.5-8Mb/s，上行16-640kb/s），局端經(jīng)DSLAM復(fù)用后與ATM網(wǎng)適配，是傳統(tǒng)運營商發(fā)展網(wǎng)絡(luò)時特別看中的方案，但是ADSL提供的帶寬還不太高，實際使用中開通率也不高，影響了它的大面積推廣。


　　HFC+Calbe Modem方案，充分利用了覆蓋面很寬的同軸電纜，可以提供更高的帶寬，高速數(shù)據(jù)與模擬電視共纜，頻道多，便宜。但無論從理論上還是從實際上來看，這種方案都擺脫不了噪音對數(shù)據(jù)和語言嚴(yán)重干擾的陰影，保證了不系統(tǒng)的QoS，而且，還要進(jìn)行同軸雙向網(wǎng)的改造。


　　利用純IP技術(shù)，將10M/100M以太網(wǎng)直接引入家庭的方案是不可低仨的新型接入方案，帶寬高，無縫連接，真正的高速上網(wǎng)，但目前IP電話還不夠成熟，光路利用率不高，光傳輸?shù)目煽啃砸膊惶�高�?br>

　　ATM-PON技術(shù)是很有前途的發(fā)展方向，可以真正做到話音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)的融合，但目前，APON還不成熟，價格也偏高。


　　2　基于電力線的寬帶接入方案


　　在眾多過渡性方案中，如何建設(shè)一個綜合、經(jīng)濟、可靠、有效的通信網(wǎng)絡(luò)，既能滿足現(xiàn)在的各種寬帶業(yè)務(wù)，又能面向未來，支持不斷增多的用戶、更大的帶寬以及新的業(yè)務(wù)，避免不必要的重復(fù)投資，是當(dāng)前的一個重要課題。


　　電力是當(dāng)今各網(wǎng)絡(luò)中擁有用戶最多、最普及、最必不可少的網(wǎng)絡(luò)。如能使電力與信息相結(jié)合，充分利用現(xiàn)成的電力網(wǎng)承載語音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)，開發(fā)和利用遍布千家萬戶的電力線資源，構(gòu)成信息交換終端，基于電力網(wǎng)實現(xiàn)寬帶接入，無疑是最為方便、簡潔和經(jīng)濟的，這無論對提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益還是拓寬人們獲取信息的渠道、降低通信的成本，都有著重大的意義。


　�。�1）新技術(shù)的突破


　　20世紀(jì)90年代以來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，電力線載波技術(shù)已經(jīng)獲得了重大突破。北方電訊（Nortel Telecom）和英國聯(lián)合公用事業(yè)公司（Norweb）在1997年10月宣布，其新開發(fā)的DPL技術(shù)（數(shù)字配電線載波技術(shù)）實現(xiàn)了在配電網(wǎng)上進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，從而將四通八達(dá)的低壓電力線轉(zhuǎn)化為信息高速公路的現(xiàn)成通道，使得低壓電網(wǎng)傳送經(jīng)過調(diào)制的因特網(wǎng)數(shù)據(jù)速率已超過1Mb/s，比ISDN還快10倍，比普通電話線連接的高速調(diào)制解調(diào)器快20倍。自此，世界上許多著名通信公司都紛紛研究和開發(fā)DPL技術(shù)，旨在不斷提高其通信速率，目前，處于世界領(lǐng)先水平的美國Intellon公司已研制出了在電力線上傳輸數(shù)據(jù)速率達(dá)14Mb/s的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。以這樣的速率傳輸音頻、視頻點播和實時電視都不會存在困難，因此DPL技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。


　　DPL技術(shù)采用改進(jìn)的因特網(wǎng)協(xié)議（IP）以及復(fù)雜的專用電子裝置在低壓電網(wǎng)上傳輸MHz級的高頻數(shù)字通信信號，同時監(jiān)視導(dǎo)致信息失真的脈沖信號以及其他形式干擾。由于數(shù)據(jù)傳輸中的數(shù)據(jù)流是被分切后封裝起來進(jìn)行傳輸?shù)�，而不是以連續(xù)的信號流形式傳輸，因而數(shù)據(jù)傳輸不像聲音通信那樣易受干擾。此外，IP可以保證被噪聲影響的封裝可以再傳一次。同時，由于該項技術(shù)中數(shù)字化雙工設(shè)備的采用及調(diào)制過程的應(yīng)用，可利用的通信帶寬已增至原來的100倍。


　　目前所實現(xiàn)的DPL技術(shù)是對配電電纜系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)制，使之可以同時傳輸兩路甚至多路電信號而不會產(chǎn)生任何互損。這些信號的頻率范圍很寬，從超低頻（如50/60Hz）到超高頻（如500/600Mhz）。該技術(shù)的調(diào)制是通過在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)點上安裝三出口的定向耦合調(diào)制單元(CU)來實現(xiàn)的，CU包括一個以互聯(lián)的高通和低通濾波器組成的網(wǎng)絡(luò)出口（NP）、一個通信分配出口（CDP）和一個電力分配出口（EDP）的頻分方向耦合器。


　　在低壓電網(wǎng)上使用一定數(shù)目的CU就構(gòu)成了所謂的高頻調(diào)制電力網(wǎng)絡(luò)（HFCPN）。一個典型HFCPN的特點是穩(wěn)定性高和對噪聲的容錯性強。DPL技術(shù)正是通過HFCPN將低壓電網(wǎng)轉(zhuǎn)換成了可傳送高速數(shù)據(jù)信息的局域網(wǎng)（LAN），其目標(biāo)是使用戶訪問因特網(wǎng)像使用電話那樣方便。


　�。�2）基于電力線的寬帶接入方案


　　DPL技術(shù)可以為用戶提供端對端的數(shù)據(jù)服務(wù)，將數(shù)據(jù)由本地變電站通過低電壓配電網(wǎng)直接傳輸至用戶家庭或中、小型公司。因而，從通信角度來看，DPL技術(shù)是將求同存異的低壓配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成載波信息局域網(wǎng)（LAN）。


　　典型用戶端的主要硬件設(shè)備有DPL耦合單元及遠(yuǎn)端DPL通信模塊。DPL耦合單元將信息數(shù)據(jù)與工頻電力分離，并通過電纜與遠(yuǎn)端DPL通信模塊相連。遠(yuǎn)端DPL通信模塊的另一端有3個通信接口，第一個接口通過雙絞線、細(xì)纜等媒介同計算機網(wǎng)卡相連，并能實現(xiàn)將低壓配電網(wǎng)遵循的專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如IEEE 802.14協(xié)議）與計算機網(wǎng)絡(luò)口遵循的通用協(xié)議（如IP協(xié)議）之間的相互轉(zhuǎn)換，使計算機無需增加模塊就可以使用低壓配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信；另外，還可通過機頂盒與電視機相連，用戶可通過電視機下載VOD或MP3節(jié)目。第二個接口通過音頻纜線與普通電話機相連，該接口能實現(xiàn)IP語音數(shù)據(jù)包與標(biāo)準(zhǔn)話音信號之間的相互轉(zhuǎn)換，使普通電話在低壓配電網(wǎng)上實現(xiàn)雙工通信，這樣一來，IP通信方式的電話業(yè)務(wù)不再局限于目前的長途電話業(yè)務(wù)。第三個接口為用戶自動化信息提供數(shù)據(jù)通道，以實現(xiàn)三表的遠(yuǎn)程自動抄收及家庭智能設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，并且，隨著電力市場的開放，通過與電力信息網(wǎng)相接的智能化電表可以根據(jù)實時電價進(jìn)行用電結(jié)算及用電控制，方便地實現(xiàn)電自動化管理。


　　變電站端的主要硬件設(shè)備有DPL耦合單元、局端DPL通信模塊及IP交換機設(shè)備等。與用戶端類似，信息數(shù)據(jù)通過DPL耦合單元與工頻電力分離，并通過電纜進(jìn)入局端DPL通信模塊。局端DPL通信模塊將遵循低壓配電網(wǎng)專用協(xié)議的信息轉(zhuǎn)換成IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)入IP交換機。IP交換機根據(jù)數(shù)據(jù)的IP地址將各種信息分離，其中：用戶自動化信息接用戶自動化信息管理系統(tǒng)，IP語音包通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)語音信號進(jìn)入公用電話網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)信息直接與Internet網(wǎng)相連。該處的IP交換機具有路由器及網(wǎng)關(guān)的功能，它通過檢測數(shù)據(jù)包的IP地址，將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，還可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的管理。IP交換機還接有服務(wù)器，提供本地信息服務(wù)。來自變電站其他電力線路耦合單元的信息數(shù)據(jù)分別通過各自的局端通信模塊與IP交換機相接，并通過IP交換機實現(xiàn)用戶自動化信息、話音信息、互聯(lián)網(wǎng)信息與外界的交換。


　　3　關(guān)鍵技術(shù)


　　DPL通信模塊是實現(xiàn)該方案的關(guān)鍵設(shè)備，它不僅有調(diào)制解調(diào)器功能，以實現(xiàn)高速信息數(shù)據(jù)在電力線上的傳輸，還有功能強大的通信接口，以提供多媒體綜合業(yè)務(wù)。


　�。�1）載波信息網(wǎng)與計算機網(wǎng)的接口


　　由于變壓器同側(cè)的信息不一定全部需要送到另一側(cè)，DPL通信模塊還必須具有局域網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，即網(wǎng)橋的功能。在低壓配電網(wǎng)中，用戶到前端的距離常常有幾公里，這使得用戶端到前端的信號傳輸延遲增大，從而決定了用戶計算機與前端的網(wǎng)絡(luò)通信不能采用通用的局域網(wǎng)協(xié)議，而必須采用專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如IEEE 802.14協(xié)議。這就要求DPL通信模塊要把電纜段送來的采用IEEE 802.14協(xié)議的數(shù)據(jù)經(jīng)層層解包后提交網(wǎng)絡(luò)層，隨后再按以太網(wǎng)協(xié)議層層封裝后轉(zhuǎn)發(fā)到計算機網(wǎng)絡(luò)接口，并把計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的逆操作后轉(zhuǎn)發(fā)到低壓配電網(wǎng)。


　　（2）載波信息網(wǎng)與電話網(wǎng)的接口


　　在低壓配電網(wǎng)上傳輸?shù)碾娫捫盘枌嶋H上是基于IP技術(shù)的語音數(shù)據(jù)包。DPL通信模塊接收標(biāo)準(zhǔn)話音信號，經(jīng)過數(shù)字化處理和壓縮，然后分割成標(biāo)準(zhǔn)的IP語音包，通過低壓配電網(wǎng)發(fā)送到目的地所在的另一臺DPL通信模塊上，對網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)包進(jìn)行逆操作，將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)話音信號。用戶端的DPL通信模塊分別接用戶電話及PC機，變電站端的DPL通信模塊分別接公用電話網(wǎng)及因特網(wǎng)，因此低壓配電網(wǎng)中的用戶通過DPL通信模塊可實現(xiàn)電話到電話、PC到PC、PC到電話的通信。


　　（3）信息翻越變壓器的措施


　　信息過變壓器是一個難點，盡管新技術(shù)雙向工頻通信方式解決了直接跨越變壓器傳輸數(shù)據(jù)的難題，但該技術(shù)僅適用于調(diào)制信號頻率是工頻3-7倍的較低頻率方式，而對于本文論述的MHz級的調(diào)制信號而言，則考慮采用旁路電容、使用額外電纜或采用相應(yīng)的無線裝置等措施來解決。再者可考慮以每個變壓器作為一個局部信息處理中心，處理后的信息直接接寬帶主干網(wǎng)或分別接電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和電力信息網(wǎng)，即采用電力載波線解決“最后一公里”的方案。


　�。�4）其他


　　對于接入電視網(wǎng)，首先主干網(wǎng)應(yīng)是帶寬主干網(wǎng)（SONET或ATM）。由于視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2需要4-6Mb/s的傳輸速率，所以本地的接入網(wǎng)必須滿足這個傳輸速率，當(dāng)DPL技術(shù)將傳輸速率提高到這個速率后，才可滿足要求，然后在用戶端使用機頂盒接于電視機，即可通過低壓配電網(wǎng)收看電視節(jié)目。


　　另外，由于電力載波線是非屏蔽線路，高頻信號的輻射也是一個不容忽視的問題，這一缺陷如能妥善解決，將對基于電力線的寬帶接入方案的實施有著重大意義。


　　4　結(jié)束語


　　基于電力線實現(xiàn)寬帶接入的最大優(yōu)勢是可以充分利用現(xiàn)有的四通八達(dá)的電力網(wǎng)，避免了重復(fù)投資和浪費，尤其刊登于分布較分散的住戶及偏遠(yuǎn)用戶。另一優(yōu)勢是各用戶內(nèi)部的電力網(wǎng)又自然地構(gòu)成了局域網(wǎng)，從而使得通過網(wǎng)絡(luò)對家庭智能化設(shè)備進(jìn)行控制變得簡單、可行。


　　隨著電力系統(tǒng)通信的不斷社會化以及電力線通信新技術(shù)的迅猛發(fā)展，相信有一天，基于電力線實現(xiàn)寬帶綜合業(yè)務(wù)接入終將成為現(xiàn)實。


摘自《電力系統(tǒng)通信》2002.4