基于電力線的寬帶接入方案

2019-11-03 18:51:37

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

　　關鍵詞：數字配電線載波；電力線通信；寬帶接入

　　0　引言

　　現代電信正向著寬帶化、綜合化和個人化方向發展，互聯網的爆炸性發展改變了人們的生活方式，人們不再滿足于打電話、看電視，而是出現了眾多新的雙向交互式業務，如：電子郵件、視頻點播、家庭購物、遠程教學、遠程診斷、會議電視、高速數據傳真等。這些業務種類多，而且要求高質量、高速率的傳輸，這就給整個電信網、計算機網“最后一公里”這一制約通信的瓶頸提出了巨大的挑戰。光纖到戶（FTTH）是用戶網今后必然的發展方向，但由于光纖用戶網的成本過高，在今后的很長一段時間內大多數用戶網仍不可能完全使用光纖，于是近年來出現了多種過渡性的寬帶接入網技術，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點，又都有各自的不足。

　　1　當前主要接入網技術

　　在眾多方案中，ADSL技術利用原有的電話線路，不加改造就可以傳送高速數據信號（下行12.5-8Mb/s，上行16-640kb/s），局端經DSLAM復用后與ATM網適配，是傳統運營商發展網絡時特別看中的方案，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，高速數據與模擬電視共纜，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據和語言嚴重干擾的陰影，保證了不系統的QoS，而且，還要進行同軸雙向網的改造。

　　利用純ip技術，將10M/100M以太網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，但目前IP電話還不夠成熟，光路利用率不高，光傳輸的可靠性也不太高。

　　ATM-PON技術是很有前途的發展方向，可以真正做到話音、數據、視頻業務的融合，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，如何建設一個綜合、經濟、可靠、有效的通信網絡，既能滿足現在的各種寬帶業務，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務，避免不必要的重復投資，是當前的一個重要課題。

　　電力是當今各網絡中擁有用戶最多、最普及、最必不可少的網絡。如能使電力與信息相結合，充分利用現成的電力網承載語音、視頻、數據等綜合業務，開發和利用遍布千家萬戶的電力線資源，構成信息交換終端，基于電力網實現寬帶接入，無疑是最為方便、簡潔和經濟的，這無論對提高電力系統的經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。

　?。?）新技術的突破

　　20世紀90年代以來，隨著通信技術的發展，電力線載波技術已經獲得了重大突破。北方電訊（Nortel Telecom）和英國聯合公用事業公司（Norweb）在1997年10月宣布，其新開發的DPL技術（數字配電線載波技術）實現了在配電網上進行遠程通信，從而將四通八達的低壓電力線轉化為信息高速公路的現成通道，使得低壓電網傳送經過調制的因特網數據速率已超過1Mb/s，比ISDN還快10倍，比普通電話線連接的高速調制解調器快20倍。自此，世界上許多著名通信公司都紛紛研究和開發DPL技術，旨在不斷提高其通信速率，目前，處于世界領先水平的美國Intellon公司已研制出了在電力線上傳輸數據速率達14Mb/s的數據通信系統。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技術引起了廣泛關注。

　　DPL技術采用改進的因特網協議（IP）以及復雜的專用電子裝置在低壓電網上傳輸MHz級的高頻數字通信信號，同時監視導致信息失真的脈沖信號以及其他形式干擾。由于數據傳輸中的數據流是被分切后封裝起來進行傳輸的，而不是以連續的信號流形式傳輸，因而數據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，由于該項技術中數字化雙工設備的采用及調制過程的應用，可利用的通信帶寬已增至原來的100倍。

　　目前所實現的DPL技術是對配電電纜系統進行調制，使之可以同時傳輸兩路甚至多路電信號而不會產生任何互損。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）。該技術的調制是通過在相應的網絡互聯點上安裝三出口的定向耦合調制單元(CU)來實現的，CU包括一個以互聯的高通和低通濾波器組成的網絡出口（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。

　　在低壓電網上使用一定數目的CU就構成了所謂的高頻調制電力網絡（HFCPN）。一個典型HFCPN的特點是穩定性高和對噪聲的容錯性強。DPL技術正是通過HFCPN將低壓電網轉換成了可傳送高速數據信息的局域網（LAN），其目標是使用戶訪問因特網像使用電話那樣方便。

　?。?）基于電力線的寬帶接入方案

　　DPL技術可以為用戶提供端對端的數據服務，將數據由本地變電站通過低電壓配電網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技術是將求同存異的低壓配電網絡轉換成載波信息局域網（LAN）。

　　典型用戶端的主要硬件設備有DPL耦合單元及遠端DPL通信模塊。DPL耦合單元將信息數據與工頻電力分離，并通過電纜與遠端DPL通信模塊相連。遠端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、細纜等媒介同計算機網卡相連，并能實現將低壓配電網遵循的專用網絡協議（如IEEE 802.14協議）與計算機網絡口遵循的通用協議（如IP協議）之間的相互轉換，使計算機無需增加模塊就可以使用低壓配電網進行網絡通信；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IP語音數據包與標準話音信號之間的相互轉換，使普通電話在低壓配電網上實現雙工通信，這樣一來，IP通信方式的電話業務不再局限于目前的長途電話業務。第三個接口為用戶自動化信息提供數據通道，以實現三表的遠程自動抄收及家庭智能設備的遠程控制，并且，隨著電力市場的開放，通過與電力信息網相接的智能化電表可以根據實時電價進行用電結算及用電控制，方便地實現電自動化管理。

　　變電站端的主要硬件設備有DPL耦合單元、局端DPL通信模塊及IP交換機設備等。與用戶端類似，信息數據通過DPL耦合單元與工頻電力分離，并通過電纜進入局端DPL通信模塊。局端DPL通信模塊將遵循低壓配電網專用協議的信息轉換成IP協議的數據包，然后進入IP交換機。IP交換機根據數據的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，IP語音包通過網關轉換成標準語音信號進入公用電話網，互聯網信息直接與Internet網相連。該處的IP交換機具有路由器及網關的功能，它通過檢測數據包的IP地址，將數據進行轉發，還可進行網絡的管理。IP交換機還接有服務器，提供本地信息服務。來自變電站其他電力線路耦合單元的信息數據分別通過各自的局端通信模塊與IP交換機相接，并通過IP交換機實現用戶自動化信息、話音信息、互聯網信息與外界的交換。

　　3　關鍵技術

　　DPL通信模塊是實現該方案的關鍵設備，它不僅有調制解調器功能，以實現高速信息數據在電力線上的傳輸，還有功能強大的通信接口，以提供多媒體綜合業務。

　?。?）載波信息網與計算機網的接口

　　由于變壓器同側的信息不一定全部需要送到另一側，DPL通信模塊還必須具有局域網數據轉發的功能，即網橋的功能。在低壓配電網中，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絡通信不能采用通用的局域網協議，而必須采用專用的網絡協議，如IEEE 802.14協議。這就要求DPL通信模塊要把電纜段送來的采用IEEE 802.14協議的數據經層層解包后提交網絡層，隨后再按以太網協議層層封裝后轉發到計算機網絡接口，并把計算機發來的數據進行相應的逆操作后轉發到低壓配電網。

　?。?）載波信息網與電話網的接口

　　在低壓配電網上傳輸的電話信號實際上是基于IP技術的語音數據包。DPL通信模塊接收標準話音信號，經過數字化處理和壓縮，然后分割成標準的IP語音包，通過低壓配電網發送到目的地所在的另一臺DPL通信模塊上，對網絡傳來的數據包進行逆操作，將其轉換為標準話音信號。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及因特網，因此低壓配電網中的用戶通過DPL通信模塊可實現電話到電話、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，盡管新技術雙向工頻通信方式解決了直接跨越變壓器傳輸數據的難題，但該技術僅適用于調制信號頻率是工頻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或分別接電話網、互聯網和電力信息網，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，首先主干網應是帶寬主干網（SONET或ATM）。由于視頻壓縮標準MPEG-2需要4-6Mb/s的傳輸速率，所以本地的接入網必須滿足這個傳輸速率，當DPL技術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收看電視節目。

　　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　結束語

　　基于電力線實現寬帶接入的最大優勢是可以充分利用現有的四通八達的電力網，避免了重復投資和浪費，尤其刊登于分布較分散的住戶及偏遠用戶。另一優勢是各用戶內部的電力網又自然地構成了局域網，從而使得通過網絡對家庭智能化設備進行控制變得簡單、可行。

　　隨著電力系統通信的不斷社會化以及電力線通信新技術的迅猛發展，相信有一天，基于電力線實現寬帶綜合業務接入終將成為現實。

摘自《電力系統通信》2002.4

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