关于电力线上网的技术解释和实施方案[原创]...

关于电力线上网的技术解释和实施方案

PLC简介


什么是PLC?

　　通常，我们上网的方式一般有：利用电话线的拨号﹑xDSL方式；利用有线电视线路的CABLE MODEM方式，或利用双绞线的以太网方式。现在，我们又多了一种更方便，更经济的选择：利用电线，这就是PLC！ PLC的英文全称是Power Line Communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据﹑语音﹑视频，以及电力于一体的"四网合一"！另外，可将房屋内的电话﹑电视﹑音响﹑冰箱等家电利用PLC连接起来，进行集中控制，实现"智能家庭"的梦想。目前，PLC主要是作为一种接入技术，提供宽带网络"最后一公里"的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。




PLC的技术原理

　　PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M~45M之间。 PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。典型的PLC网络如下图：




PLC技术要素


1. 电力线网络单元(PNU)
它负责控制电力线网络并从单元配电网集成话务。通过适当的电信干线接口，PNU再将话务传至馈电网络。根据馈电网络中使用的不同介质，PNU也可转换来自低压配电网的数据话务。


2. 电源线网络终端(PNT)
它为最终用户PC或其它用户提供适当的接口，如以太网或是USB。为了降低成本，这一独立设备能够和PC或其它设备相集成。


3. 偶合设备(CouplingUnit)
它是将信号传入线路并过滤噪音的。目前它还是一个插销插入电插座的相对独立的设备，今后它可能会和PLC调制解调器集成于一体。PLC调制解调器和PC内的偶合设备的集合体有一天将使PC可以直接在网上运行。
配电网是一种共享介质，即所有与之相连的用户都共享同一"电缆"。在典型的城市配置中，它则转化为与一个变压器相连的大约100到200个用户。PLC系统能够在1Mbps的最佳传输速率下支持80个用户，这一比例是足够的。由PLC技术支持的客户，需要具备一个技术条件，具有很强的带宽分配能力的介质接入控制(MAC)层。这就使电力线网络不仅仅能够支持80个Internet用户的数据往复交换，而且能够灵活地适应以不同速率传输的上行和下行数据。



PLC数据信号传输技术


1、数字扩频技术（SST）
在目前的实际应用中，为了实现用于家庭或经济产品上的通信与控制网络，需要更为可靠的多用户环境的PL通信技术，扩频载波通信技术就应运而生了。

扩频通信相对于窄带通信而言具有一定技术上的优势，主要表现在抗干扰方面。因为扩频载波信号的带宽通常较大（几十至几百KHz），所以其受干扰的频率范围所占比例相对减小，换句话讲，就是各种噪声仅能影响到一小部分所要传输的信号，而大多数的信号都能够完整、正确的到达目的地，所以对于各种类型的干扰都具有较强的抵抗性。对于最常见的脉冲噪声而言，尽管窄带通信中的接收器具有较窄的通带，使得仅有一小部分噪声能进入接收器，但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因素，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰，而引起它对传输来的信号产生误操作；而使用低品质因素的滤波器又会使通带带宽加大，令更多的噪声进入接收器，所以窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。

然而利用扩频技术，当接收到具有较大能量的噪声信号时，接收器会在噪声的高能部分到达时自动停止工作，所以接收方仅对一小部分受影响的信号进行纠错解码即可；另外，扩频接收设备使用的滤波器具有较低的品质因素，因而不会造成系统自干扰，所以扩频技术具有较强的抗噪能力。

一般来讲，目前实现扩频有三种途径：即直接序列调制、跳频载波和利用Chirps扫描频率进行载波。

1) 直接序列调制（Direct-Sequence Modulation）

此技术是将信号的能量平均分布于整个频带内，并通过伪随机序列将数据流倍加来使信号得以扩频，此序列具有数倍于所传信号二进制数据位率的符号速率。

2) 跳频载波（Frequency-Hopping）

即扩频信号在某一频率通过延续一段时间，来代表数据的一位、几位或是一位的一部分。当信号在某一频率上受到干扰时，信号就可切换到扩频带宽内的其他频率上去，因而大大降低了其受干扰的程度，这种方法对于CW干扰有较强的抵抗性。

3) 利用扫描频率的Chirps进行载波

此方法多用于类似于以太网的CSMA网络，它利用一系列短促的、可自同步的扫描频率chirps作为载体，每个chirps一般持续100 us，它代表了最基本的通信符号时间（UST）。这些chirps覆盖了100-400 KHz的频带，并总是以200-400 Khz的频率开始，继而以100-200 KHz的频率结束。由于chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度是较高的，而CW干扰的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将CW干扰排除在外。另外，此种chirps波形还具有很强的自相关特性，这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备，可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形，并且不需要在发送和接收设备间进行同步。

电力线数字扩频技术可以充分利用传输频带，实现宽带高速数据传输。扩频通信可以克服窄带噪声影响和多径影响，因此非常适合电力线通信环境。

SST技术容易实现，自动选择高信噪比频段，抵御瞬间干扰；但码间干扰严重，需要非线形均衡器。

2、正交频分多路复用技术（OFDM）
正交频分多路复用技术采用多路窄带正交子载波，同时传输多路数据，每路信号的码元时间较长，可以避免码元间干扰。通过动态选择可用的子载波，该技术可以减少窄带干扰和频率谷点的影响。

OFDM技术的应用可以追溯到本世纪六十年代，主要用于军用高频通信系统。但是，一个OFDM系统的结构非常复杂，从而限制了其进一步推广。直到70年代，人们提出了采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制，以软件方法实现复杂的OFDM处理，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。近年来，由于数字信号处理（DSP）技术的飞速发展，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术已经被广泛应用于民用通信系统中。

OFDM技术已应用于高速MODEM和无线调频信道上的宽带数据传输。第四代移动通信（4G）中将采用OFDM技术，这使数据传输速率可以达到10Mbit/s，目前在无线局域网中也已采用了该技术。正在筹备之中的数码地面波电视播放以及正在开发中的高速无线LAN"IEEE 802.11a"都预定采用这项新技术。

正交频分多路复用技术可以提高电力线网络传输质量，即便是在配电网受到严重干扰的情况下，OFDM也可提供高带宽并且保证带宽传输效率，而且适当的纠错技术可以确保可靠的数据传输。在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率，还可以抵制等幅波干扰。但OFDM收信机复杂，成本高，要求收信大动态范围的线性放大，对瞬间干扰敏感。


PLC与其他接入方式的比较


接入技术除正在发展中的电力线接入系统以外，还有模拟调制解调器接入、ISDN接入、ADSL接入、HFC接入、光纤五类缆接入、802.11无线局域网接入、无线LMDS宽带接入、卫星接入等，由于无线LMDS、卫星接入成本比较高，主要应用于局端与基站之间的接入，短时间内不会广泛应用于用户端的接入。

下表列出了提供"最后一公里"解决方案的几种通信方式的比较：

通信方式 最大速率(bps) 物理介质 优点 缺点
调制解调器 56K 双绞线 应用广泛、价格便宜，标准化程度高 接入速度低
ISDN 128K 双绞线 电话和数据传输共享，接入速度稳定 费用较普通电话线稍贵，接入速度仍然偏低
ADSL 下行1M～8M上行512k～2M 双绞线 不干扰普通电话使用，频带专用，接入速度快，不平衡传输，适应网络访问规律，由于其基于电话交换网络建设，因此建设成本较低，建设速度快。不受停电影响。 频宽受距离限制，费用较高，目前仅在少数地区使用，点对点组网，局端设备较贵，不适应建设独立的数字化小区的需要。
HFC系统 下行小于30M上行2M 同轴电缆 接入速率与距离无关，决定于接入的用户数，多用户共享带宽，可组网，不平衡传输。 必须拥有现成的有线电视网络接入，并改造为双向传输，改造费用大；在新区域开办服务和铺设线路造价高昂，用户增多时，接入性能下降。受停电影响，需加备用电源。
PLC电力线宽带接入 1M～45M,可以更高 电力线 无需新线，分布广泛，接入方便， 多用户共享带宽，接入成本低，建设费用低，两级结构，电力线接入部分采用一点对多点结构，与局端连接采用点对点结构，可以独立建设数字化小区服务，可以提供许多附加增值服务。 未达到实用化阶段，没有技术标准，受停电影响，需加备用电源，接入性能受电网特性影响。共享通信介质，限制着可以提供给每个用户的带宽大小。
802.11无线局域网接入 1～2M，可达10M 大气 建设速度快，无需布线，移动性强，建设成本较低，采用扩频技术，抗干扰能力强，保密性好 需室外天线，易受建筑物阻挡，对天气、气候状况敏感，易受其它同频段的电台的干扰。
光纤宽带接入 可达数10G以上 光纤和超五类线缆 用户接入带宽高，可达10M或100M,可靠性高，性能稳定 需要建设完善的光纤网络，建设成本高。对于没有敷设五类缆的用户，需要布线。

与其它接入技术相比，电力线宽带接入网络具有以下优势：

1) 充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，是一种"No New Wires"技术，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物和公用设施的破坏，同时也节省了人力。

2) 可以为用户提供高速因特网访问服务、话音服务，从而为用户上网和打电话增加了新的选择，有利于其它电信服务商改善服务、降低价格。

3) 对家庭联网提供支持，使人们可以尽享由PLC技术带来的家庭音、视频网络，多人对抗游戏等娱乐。

4) 是家居自动化的生力军，通过遍布各个房间的墙上插座将智能家电联网，提前享用数字化家庭的舒适和便利。

5) 利用PLC的永久在线连接，构建的防火、防盗、防有毒气体泄漏等的保安监控系统，让上班族高枕无忧；构建的医疗急救系统，让家有老人、孩子和病人的家庭倍感放心。利用PLC也可提供独立的数字化社区服务和电子商务，实现家庭办公和远程家电控制。

6) 远程自动读出水、电、气表数据，使公用事业公司节省大量费用，也方便了用户。




技术问答


1. 问：用电线来上网会不会有触电的危险？会不会对我的电脑造成损害？

　　答：PLC技术利用220V电压的电力线传输数据信号。使用过程中，用户不免会担心是否会损坏计算机，甚至威胁到人身安全。PLC设备采取了多种保护措施来确保设备使用的绝对安全：

1） 利用线圈的耦合原理将高频信号耦合到电力线中并从电力线中分离，PLC设备中数据信号的传输线路不得与220V电线直接连接。
2） 电路设计中，强、弱电路分开设计，保证信号线路中不会出现高电压。
3） PLC设备电路中设置过压保护装置，避免由于感应或短路造成对计算机和用户的伤害。



2．问：要用PLC来上网需要增加什么设备呢？

　　答：用PLC上网需要增加的设备有两种：需要PLC的局端设备以及PLC调制解调器。其中，PLC调制解调器放置在用户的家中，局端设备一般放置在楼宇的配电室内。一台局端设备可以拖带数十台PLC调制解调器。


3．问：用PLC能达到多大的网速呢？

　　答：一般不同厂家生产的PLC设备能达到的速度有所不同，瑞士ascom公司生产的PLC产品能达到的最大速率为4.5Mbps，韩国Xeline和我国福建电科院的产品最大速率为14Mbps，而西班牙DS2的产品能达到45Mbps。



4．问：我们怎样才能用到PLC？

　　答：用户要想使用PLC，需要PLC网络运营商的支持。需要运营商提供Internet出口，并在用户的楼宇中安置PLC的局端设备。用户购买或租用PLC的调制解调器后，就可以用PLC来上网了。



5．问：我的电脑怎么和PLC调制解调器连接？

　　答：通常，PLC调制解调器都带有10/100M的RJ-45以太网接口，和USB接口。具有以太网卡和USB接口的计算机都可以非常方便的与之进行连接。



6．问：PLC的传输距离如何？

　　答：当电力线空载时，点对点PLC信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输一二百米。目前来讲，PLC还不适合长距离的数据传输，但如果只在楼宇内应用，解决"最后一百米"的入户问题，还是完全可以胜任的。





商用写字楼
　　

商业写字楼内主要是中小型企业，这些用户对网络带宽和安全性的需求并不很高，PLC宽带接入就可以满足用户的要求。 写字楼的接入采用FTTB+以太网+PLC的方案，光纤到楼。安装一台交换机或集线器，作为楼宇的核心交换设备，在楼层做以太网的综合布线，保证100M带宽到楼层。在楼层配电间安装PLC局端设备，根据企业用户需要的端口数划分共享区域。端口数较多的用户可独享一台PLC设备，端口数少的用户可共享PLC设备。 信号通过电力线传输到办公房间，通过PLC Modem到达用户的计算机。采用PLC接入的企业，不需在办公室内作布线，利用电力线就可实现高速上网，同时可以组建企业的内部局域网。


高层住宅
　　

楼宇结构特点：新建的高层住宅楼高度为十几到二十几层，住户密度大且集中，每栋楼内大约有150到200户。 低压配电网结构：楼内地下室通常有独立的配电间，一台配电变压器将10KV电压转变为220V民用电压。楼内有多条电力线通向住户，每条电力线为一层或相邻几层的住户输电。电力线三相负载基本平均，楼层的竖井有配电箱，箱内有楼层总电表和各户的分电表。 组网方案：接入采用FTTB+PLC的方案，光纤到小区，光纤到楼。楼内采用PLC接入，以配电网物理网络为基础，将配电网分为不同的用户接入共享区域，根据实际情况确定接入方案。 PLC局端设备放在地下室的配电间内，使用同一条电力线的一层或相邻几层用户作为一共享区域，共用一台PLC局端设备。若用户较少，可将多个共享区域合并，连接到同一台设备。如将用户按三相线路划分，使用A相线路的用户共享A相电力线；甚至可以让全楼的用户共享同一条电力线。这样可在保证用户上网带宽的同时，使设备保持较高的利用率。用户增多后，可方便的把共享区域分开，对原有用户的使用不会产生影响。 用户端设备PLC Modem从电力线中分离出数据信号，通过USB、RJ45等接口与用户计算机相连，保证端到端2Mbps带宽。多个PLC Modem可组成小型局域网。 该方案主要针对用户居住集中、上网率高的小区高层住宅楼，可结合远程抄表、家政自动化等应用。




低层住宅
　　

楼宇结构特点：底层住宅楼每栋有5到6层，分为多个单元，每个单元有独立的楼梯，每层2～4户。楼中通常有60～80住户，大一些的可达100户。 低压配电网结构：一台配电变压器负责5～6栋楼，每单元有一条电力线从底层一直到达顶层，在每楼层有该层用户的电表，一层有单元所有用户的总电表。 组网方案：采用FTTZ+PLC或光纤到变压器+PLC的方案。以配电网物理网络划分为基础，一个单元放置一台PLC局端设备，用户共享电力线。用户较少时，可以扩大共享范围，几个单元甚至几栋楼实现共享。当用户增多时，再根据用户的分布，灵活划分共享范围。 PLC Modem通过USB、RJ45等接口与用户计算机相连，保证端到端2Mbps带宽，多个PLC Modem可组成小型局域网。 该方案针对用户相对集中、上网需求较少的住宅楼。

                                 


                                                  

                                                                                                                         赵蕾蕾

不错。。。。辛苦了

敢问班竹刻有意帮助小弟

不错。。讲的很详细。。。再看一遍哈。。

[此贴子已经被作者于2003-11-3 10:50:09编辑过]

支持一下！！！

不错

楼内可不用布线的, 可楼外一样要用传统布线

楼内电表处要装一个电力桥集器(相当于集线器), 家中要装一个电力调制解调器

楼内带宽是共享的. 线路带宽最大为10M, 实际测一般在2M左右.

一台电脑就要接一个调制解调器.

电力网是一个开放的网络,因此通讯安全方面采用56位数字加密形式

为了控制用户自己采购电力调制解调器上网,一般要对电力桥集器与电力调制解调器配对加密

可加密后,你的电力调制解调器拿到其他地方去是没有用的!

你认为好吗?

要是漏电我的整个电脑就费了

要是漏电我的整个电脑就费了