1、第7章电力线接入技术 第7章电力线接入技术 7.1概述概述 7.2PLC的传输环境的传输环境 7.3PLC的传输技术的传输技术 7.4PLC的应用方式的应用方式 7.5PLC的发展现状、标准化与展望的发展现状、标准化与展望 7.6小结小结思考题与习题思考题与习题 第7章电力线接入技术 7.1概述概述由于接入网固有的特点，使得人们在研发宽带接入网的技术和设备时，对于现有的、不需要重新建设的各种宽带信号入户技术都给予了极大的关注。继DSL、HFC之后，国内外对运用电力线通信(Power Line Communication，PLC)技术实现宽带接入投入了极大的热情，也取得了很好的成果。第7章电力线
2、接入技术 本章用PLC泛指利用电力线实现信息传递的各种通信方式。事实上，过去PLC主要是指输电网中的电力线载波通信(Power Line Carrier)，多数为窄带模拟载波，单路或几路SSB或DSB AM制式，主要用于语音通信，辅以话带MODEM，也可实现低速数据通信。近年也有少量数字式电力线载波机(DPLC)在国内应用，速率一般不超过2B+D)/2，即72 kb/s。电力线载波技术在国内已经有70多年的应用和发展历史，技术标准和管理规程相当完备和成熟，目前尽管在线运行的载波设备总数呈下降趋势，但在电力系统仍然还有相当大的数量，承载着电网通信的某些核心业务。第7章电力线接入技术 本章所称PL
3、C是一个广义的专业术语，既包括输电网中的电力线载波，也包括配电网中利用配电线路实现的数据通信。但是，从谈论宽带接入新技术的角度来说，主要是指后者，尤其是指中压和低压配电线及室内用户线上的2 Mb/s以上的高速数据通信。PLC是一种利用中、低压配电网作为通信介质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术，不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。第7章电力线接入技术 与其它接入技术相比，PLC宽带接入网络具有以下优势：(1)经济性好。电力线是现有的电力基础设施，是世界上覆盖
4、面最大的网络。在此基础上建设宽带接入网和宽带用户住地网，充分利用现有的配电网络基础设施，无需新建线缆，无需改造室内布线，无需穿墙打洞，是一种“No New Wires”技术，避免了对建筑物和公共设施的破坏，节约了资源，同时也节省了人力。第7章电力线接入技术(2)接入网和住地网一气呵成。PLC利用室内电源插座安装简单、接入点多、设置灵活、使用方便的特点，易于实现宽带住地网。通过与控制技术的结合，为在现有基础上实现“智能家庭”提供了有力的支持。利用电力线路为物理媒介，可将遍布住宅各角落的信息家电PC等连为一体，接入Internet，实现远程集中的管理控制。(3)电力系统和通信系统合二为一、永久在线
5、的特性，易于构建安保、急救系统。利用PLC的永久在线连接，易于构建防火、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，让有老人、孩子和病人的家庭倍感放心。第7章电力线接入技术(4)建设和投资灵活。PLC的网络建设灵活，可根据用户需要按小区、甚至可以按照若干用户进行组网安装，可实现滚动式投资，收回投资时间短。(5)费用低。由于建设规模和投资规模小而灵活，运行费用低，因此用户的上网费用也较低。(6)能够为电力公司的自动抄表、配用电自动化、负荷控制、需求侧管理等提供传输通道，实现电力线的增值服务，进而实现数据、语音、视频、电力的“四线合一”。(7)适合于中国城市多数居民
6、的居住方式。中国高密度的公寓式居住现状与PLC接入特点相适应，这就使得PLC接入在中国的投入成本相对西方发达国家别墅型居住环境要低很多。第7章电力线接入技术 PLC技术也面临着其特有的技术难点，具体如下：(1)数据安全性差。由于使用同一低压变压器为一组用户提供宽带接入通信，因此难以阻止传送至某一用户的信号不被传送到其他接入用户。可采取某种物理隔离的技术手段，或VPN、SSL来保证PLC传输安全。PLC设备本身也可采用加密算法，如果采用增强加密机制，有效保护数据是可能的。电力网使用的大多是非屏蔽线，用它来传输数据不可避免地会形成电磁辐射，也会影响数据的保密性。第7章电力线接入技术(2)信号干扰大
7、(包括侵入和逸出干扰)。电源线没有屏蔽，PLC的工作频率范围280 MHz与短波无线通信的230 MHz频率交叠。因此，在“电力猫”工作时，电力线产生的泄漏电波会变成无线通信中的噪音，对附近其它无线电设施造成干扰，会影响到短波收音机、短波通信、有线电视的回传通道等。同时，附近的无线通信设施和其它无线电辐射也会对PLC造成干扰。还有，同一建筑物内电源线本地通信信号也存在相互干扰的可能性，从而导致数据传输中断。这一问题已引起HomePlug电源线联盟的重视，该联盟目前正与联合电源线理事会(UPLC)一道寻求解决方案。联盟制定的最新标准HomePlug AV初步实现了内部设备间通信不致产生冲突，包括
8、室内或小型办公室甚至是大型建筑物(如学校和旅馆)内，而且还能实现与下一代PLC设备间的互操作。第7章电力线接入技术(3)电力负荷的变化对通信质量的影响大。当电力线空载时，点对点PLC信号可传输到几千米，但当电力线上负荷很重时，只能传输一二百米，因此目前PLC还不适合长距离的高速数据传输。(4)“带宽共享”(Shared Bandwidth)也是PLC的另一弊端，用户上网时的速度取决于当时有多少用户上网。用电高峰时往往也是上网高峰时，这将雪上加霜，使PLC的速率明显降低。第7章电力线接入技术 从运营的角度看，目前电力部门没有自己的、可以广泛开展电信业务的骨干网，只能租用其它运营商的网络，互连互通
9、的问题需要很好地解决。要使所有电力网具备提供宽带语音和数据业务的能力并投入商业运营，需要对电力线进行部分改造，这就需要投入大量资金。例如，为将数据直接传送至电源插座，需要在中压线末端安装耦合器，以使信号绕过变压器，这会增加设备安装和维护的成本。电力系统目前并不拥有提供专业的电信服务的服务体系和服务经验。这些也是将PLC用于宽带接入所必需克服的困难。作为宽带接入技术的后起之秀，PLC为用户提供了新的选择，有利于宽带接入技术和业务的相互促进，共同发展。第7章电力线接入技术 7.2PLC的传输环境的传输环境电力线是为传输50 Hz的交流电而设计的，按在电网中的功能划分，大致可分为5类：(1)各种高压
10、输电线：包括特高压输电线(UHV，1000 kV及以上)、超高压输电线(EHV，750、500或330 kV)，高压输电线(HV，220 kV)；(2)高压配电线：110，66，35 kV；(3)中压配电线：10/20 kV；(4)低压配电线：380/220 V；(5)室内用户线：我国一般为单相220 V。第7章电力线接入技术 中国大多数地区电网的电压序列为500/220/110/35/10/0.38 kV，其它电压等级仅在局部地区使用。PLC按应用的配电网电压等级划分为低压PLC(LV-PLC)和中压PLC(MV-PLC)。LV-PLC利用低压(220 V/380 V)配电线作为传输媒介，为
11、用户提供Internet接入、家庭局域网、远程抄表、智能家居等应用。MV-PLC利用中压(10 kV)配电线作为通信链路，为接入骨干网、配电网自动化、用户需求侧管理及农村电话等应用提供传输通道。电力线用于数据通信，其工作环境是非常恶劣的。PLC信道中存在大幅度的信号衰耗、强烈的干扰、各种随机噪声以及变化的阻抗，这些都会对PLC的传输性能造成损伤。下面对这些损伤分别论述。第7章电力线接入技术 7.2.1信号衰减特性信号衰减特性PLC信道对各种频率信号衰耗的程度是PLC选择载波频率的主要依据。PLC信号的衰耗主要取决于经由的路径和网络上所连接的负载。用于调整功率因数的电容以及各种具有电容特性的电器
12、，对高频载波信号来说相当于短路，造成极大的衰耗。网络中的一些负载对某些频率构成了谐振电路，产生谐振。当网络上负荷很重时，线路阻抗可达到1 以下，造成载波信号的高衰耗。总的说来，信号传输的距离越远，衰耗越严重。据报道，通信频率大于100 kHz时，频率每增加1 kHz，衰减增加0.25 dB。而在某些特殊的频段，由于反射、谐振及传输线效应等的影响，衰减会突然剧增。第7章电力线接入技术 对于低压配电网，由于直接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，因此信号会产生反射、谐振等现象，使得信号的衰减变得极其复杂。对高频信号而言，低压电力线是一根非均匀分布的传输线，各种不同性质的负载在这根线的任意位置
13、随机地连接或断开。由于网络负载频繁地接入、切出等各种随机事件，PLC信道表现出很强的时变性。信道在1 s内对某一频率信号的衰耗变化可达到20 dB，在1 s内信噪比的变化也可达到10 dB左右。而且，三相电力信道间有很大的信号损失(1030 dB)。载波信号一般只能在单相电力线上传输，不同耦合方式导致PLC信号的损失也不同。线-地耦合比线-中线耦合少损失10 dB左右。第7章电力线接入技术 同时，不同相位的耦合也会引起衰耗。跨相传输比同相传输衰耗大10 dB左右。此外，配电变压器阻碍信号的通过，在配电变压器原-副两边的信号衰耗可达到60100 dB，次级间也会有2040 dB的衰耗。总体上说，
14、PLC信号衰耗随频率的上升和距离的增大而增加，但并不是单调的。通常情况下，信号衰耗在20 dB以上，但一般不会超过55 dB。从衰耗角度来看，欧洲标准CENELEC(欧洲电气技术标准委员会)EN 50065-1所使用的A频段3.0148.5 kHz频段比美国FCC标准使用的100450 kHz频段的衰耗要低。第7章电力线接入技术 7.2.2阻抗特性阻抗特性研究表明，电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关。输入阻抗的变化并不一定符合随频率增大而减小的单调变化规律，甚至与之相反。为了解释这一问题，可以将电力线看成是一根连接有各种复杂负载的传输线，这些负载以及电力线本身组合成许多共振电路，在共
15、振频率及其附近频率上形成低阻抗区。此外，网络负载随机地连接或断开，导致电力线的输入阻抗发生较大幅度的改变，还会造成电力线上不同位置的输入阻抗不同。PLC网络可看成是由许多电阻、电容和电感组成的网络，信道的电参数随时间、地点变化，相应的输入阻抗也往往急剧变化。因此，发送设备的输出阻抗和接收设备的输入阻抗均难以匹配，从而给通信系统的设计带来很大的困难。第7章电力线接入技术 7.2.3噪声特性噪声特性低压电力线上大量存在的强噪声是限制实现数据优质传输的主要障碍之一。PLC的干扰噪声主要来源于电力网上的所有负载，以及无线电广播、天电等。就噪声特性而言，同一配电变压器下的所有用户负荷噪声以及变压器原边噪
16、声都会对信道产生噪声干扰。噪声很大时，必然要求提高信号功率来满足数据传输的要求，这样除了导致产品成本和体积增加外，对其它用户也是一种交叉干扰。PLC信道噪声从不同角度大致可划分为以下5类：(1)有色背景噪声：主要来源于网络上众多的功率较低的噪声源，例如大量的家用设备，其功率谱密度随着频率的增加而减小，变化缓慢。第7章电力线接入技术(2)窄带噪声：主要由中短波广播所致，其功率谱密度在该频段内几乎保持不变。(3)与工频异步的周期性噪声：来源于电力线上的一些电子设备，例如电视机行频等，在频率空间上是离散的。(4)与工频同步的周期性噪声：一般由工作在电网频率的开关器件造成，例如可控硅开关。其噪声频率为
17、工频或其整数倍，持续时间长，频域覆盖范围广，功率大，功率谱密度随频率的上升而减小。(5)突发性噪声：主要由电器突然开关造成，出现的时间是任意的，其噪声功率谱密度高，持续时间短，频谱宽。第7章电力线接入技术 前3类噪声在较长时间内相对保持不变，不妨将它们归为背景噪声。背景噪声的平均功率较小，频谱宽，持续存在，有可能部分或完全覆盖信号频谱。因此，通信过程中的信噪比可能会变得较差，而导致通信误码率增加。背景噪声分布在整个通信频带，低压电网上高斯白噪声可达22 dB以上。第7章电力线接入技术 电力线上噪声的短期变化主要由与工频同步的周期性噪声和突发性噪声引起。与和工频同步的周期性噪声及突发性噪声相比，
18、电力线上的噪声具有以下特点：本来就很低的功率谱密度随频率的提高进一步降低，出现频率低，持续时间短，为微秒量级。但是，突发性噪声的持续时间却达到毫秒量级，而且功率谱密度能高出背景噪声达50 dB之多，通常会使得所传送数据的若干位甚至整个数据传输过程发生错误。研究表明，脉冲干扰对低压电力线载波通信的质量影响最大。有文献统计出，脉冲干扰的强度最大可达40 dBm。第7章电力线接入技术 鉴于PLC复杂的传输环境，高压线在280 MHz频率范围内噪声较大，不利于传递宽带数据信号。中压电力线通信(MV-PLC)技术首先被应用于中压配电网的自动化数据传输平台中，近年来，中压电力线宽带网络接入以其基础设施完备
19、、分布广泛、成本低廉的特点越来越受到关注，尤其是在偏远农村或者人口稀少的地区具有极强的实用价值。据报道，在北美农村13.8 kV电网上采用基于QPSK调制的全双工数字宽带通信方案，在17 MHz和83 MHz频段上在实现了2 Mb/s的TCP/IP连接。目前低压电力线通信(LV-PLC)技术最为成熟，能获得10 Mb/s以上的接入速率。第7章电力线接入技术 7.3PLC的传输技术的传输技术7.3.1传统电力线载波传输技术传统电力线载波传输技术传统的电力线载波通信一般采用频带传输，利用载波调制将携带信息的数字信号的频谱搬移到较高的载波频率上。基本的调制方式分为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK
20、)和相移键控(PSK)。对于低压电力线载波通信而言，FSK系统要求传输带宽比较大，一般用于低速数据传输，PSK系统的综合性能最好，因此在载波通信技术中得到了广泛的应用。ASK系统由于误码率指标很差，在实际中应用较少。第7章电力线接入技术 FSK系统使用两个不同频率的高频载波传送“0”、“1”信号，这样通信不必过分依赖于电力线路的质量，能较好地适应频繁变化的线路阻抗和噪声干扰，同时其所需的频带较窄，可以通过划分频带的办法实现多路复用，以提高信道的利用效率，既兼顾了设备的抗干扰性能，又不致使系统复杂、昂贵。另外，由于频率调制技术相对成熟而可靠，又有着成本低廉的优势，因此得到了广泛应用。传统载波通信
21、的弱点是去噪声能力差，随着电网结构的日趋复杂化，以及人们对通信质量要求的不断增加，传统电力线载波通信的调制方案越来越难以满足宽带通信的需要。第7章电力线接入技术 7.3.2扩频通信扩频通信(SSC)技术技术扩展频谱技术是近年来发展迅猛的一门学科，不仅在军事通信中有着不可取代的优势，而且广泛地渗透到了民用通信的各个领域。所谓扩频技术，是指将发送的信息展宽到一个比信息带宽宽得多的频带上去，接收端通过相关接收，将其恢复到信息带宽的一种技术。扩频通信利用伪随机编码对待传送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后传输，在接收端采用同样的编码进行解调及相关处理。第7章电力线接入技术 扩频技术的基本原理见4.2.
22、5节，使用扩频技术，通过增加信道频带的宽度，就可以在较低的信噪比下用相同的信息率以任意小的差错概率来传输信息。这一性质表明，频谱扩展技术具有极高的抗干扰性能和极好的信号隐蔽性能，能适应电力网络中复杂多变的各种干扰和噪声。第7章电力线接入技术 扩频通信相对于窄带通信而言在技术上具有一定的优势，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(几十至几百千赫兹)，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、正确地到达目的地，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
23、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数，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰，使它对传输来的信号产生误操作，而使用低品质因数的滤波器又会使通带带宽加大，令更多的噪声进入接收器，因此窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。第7章电力线接入技术 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数，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。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
24、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。第7章电力线接入技术 7.3.3正交频分复用正交频分复用(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。第7章电力线接入技术 OFDM技术的应用可以追溯到20世纪60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
25、。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。ADSL中使用的DMT调制技术也属于OFDM。第7章电力线接入技术 OFDM技术具有较强的抗干扰能力以及较高的带宽利用率，由于它能够把信息灵活地分配到不同的载波频带上，因而在克服窄带干扰和频率选择性衰落方面具有很强的鲁棒性，并且它与前向纠错码的结合也可很好地克服脉冲噪声干扰。因此，OFDM技术是PLC实现高速数字传输的理想选择，它与信道编码和交织技术的结合能够达到可靠和有效的通信。第7章电
26、力线接入技术 OFDM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，这样不但减小了子载波间的相互干扰，而且提高了频谱利用率，另外还可以抵制等幅波干扰。第7章电力线接入技术 7.4PLC的应用方式的应用方式由于受电网的影响，PLC的传播距离有限，在低压配电网上无中继的传输距离一般在250 m以下，要实现自配电变压器至用户插座的全电力接入需要借助中继技术，这势必要增加系统的造价。电力负荷的波动对PLC接入网络的吞吐量也有一定的影响，由于多个用户共享
27、信道带宽，当用户增加到一定程度时，网络性能和用户可用带宽有所下降，但通过合理的组网可加以解决。第7章电力线接入技术 目前在保证用户接入带宽和接入稳定性的前提下，最经济的PLC接入系统采用光纤+五类线+电力线的方式。其中光缆作为骨干网接到小区，在小区内通过五类线布线到各个居民楼的单元。在单元里安装一台PLC局端设备供该单元的用户共享使用，局端设备的高频信号线通过串接的方式耦合到各个用户的电表处，并将信号传送到用户的家庭电力网络中，这样单元楼内的各个用户就可以通过家庭电力线以及位于家庭外部的配套网络实现宽带接入和其它数据通信。这是目前普遍采用的PLC接入方式，它不仅可以实现用户的电力线接入，提高系
28、统的稳定性和传输带宽，大大降低负荷波动对吞吐量的影响，同时也可大大降低系统造价。此举的应用特点可概括为“楼宇共享”。第7章电力线接入技术“楼宇共享”式PLC网络结构如图7-1所示，当以电力线作为传输媒体接入互联网时，只需在楼里配备一台PLC局端设备(电力路由器)进行信号覆盖，通过将传统的以太网信号转化成在220 V的民用电力线上传输的高频信号，来实现信号的加载和传输。此时传统意义上的电力线就成了用户上网的传输媒体了，而需要上网的用户只需要有一台PLC用户端设备(即“电力猫”)就可以了。第7章电力线接入技术 图7-1“楼宇共享”式网络原理图第7章电力线接入技术 如果家庭已经接入了宽带网络，需要通
29、过室内电源线构成用户网，那么只需要选购两个“电力猫”(PLC调制解调器)即可，一个用来与外部接入的宽带网络相连，另一个插入室内任意一个电源插座中，再用双绞线与计算机的网卡连接(如果“电力猫”是USB接口，利用USB连接线与计算机的USB接口连接即可)，然后在房间里只要有电线插座的地方即可实现有线上网。此种方式的实质是利用两个“电力猫”及家庭里的电源线代替网线(五类线)，故可称为“电源线点对点”式运用PLC。第7章电力线接入技术 如果要实现一个家庭多台电脑同时上网，则应购置一台“电力路由器”，不过此设备一般在ISP布置电力上网线路时，可以要求配置。将电力路由器的WAN口与外部宽带接入相连，然后插
30、入室内电源插座中；接着再为每一台需要共享上网的电脑配置一个“电力猫”，用双绞线分别连接到各台电脑的网卡接口，即可实现多台电脑共享宽带接入。此种共享方式跟一般有线网络的共享原理类似，只是电力线共享少了一台中间设备(交换机)，而转由屋内电力线路来实现，其连接拓扑如图7-2所示。此种方式可称为“电源线一点对多点”式运用PLC。第7章电力线接入技术 图7-2“电源线一点对多点”式网络原理图第7章电力线接入技术 软件设置跟普通有线网络类似，首先进入电力线路由器，输入宽带接入账号，并配置DHCP及NAT，然后各台计算机都采用“自动获取IP地址”的设置，即可实现开机及接入互联网。第7章电力线接入技术 7.5
31、PLC的发展现状、标准化与展望的发展现状、标准化与展望7.5.1 国外发展现状国外发展现状目前国际上“电力猫”的专用PLC调制解调芯片已经批量生产，主要供应商有以色列Yitran公司传输速率为2.5 Mb/s的芯片、美国Intellon公司14 Mb/s芯片、西班牙DS2公司45 Mb/s和200 Mb/s芯片。其中，美国Intellon公司的14 Mb/s芯片应用最为普遍，大部分PLC系统都是基于该芯片开发的。近期，该公司推出了芯片速率为85 Mb/s的样片，法国Spidcom公司也开发了224 Mb/s芯片，正在测试之中。第7章电力线接入技术 欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1
32、日开始启动了一个称为OPERA(Open PLC European Research Alliance)的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量致力于制定欧洲的PLC统一技术标准，推动PLC的大规模商业化应用，并将PLC作为实现“eEurope”(信息化欧洲)的重要技术手段。美国联邦通信委员会(FCC)一直在鼓励启用新的基于现有设施的宽带平台，促进美国的宽带业务。2004年2月12日，FCC批准对某些技术规则的修改意见，目的是通过促进电力线宽带接入技术的推广应用，把美国电力网的巨大潜力利用起来。美国、欧洲等国许多大的电力企业也积极进行中压及低压PLC的试验，美国的Cinergy等17家电力
33、企业和德国、第7章电力线接入技术 奥地利、西班牙等15个欧洲国家的32个电力企业建立了PLC试验网络，有的还进行了PLC商业化运营，如德国的MVV等。亚洲开展PLC研究与试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、新加坡、中国香港、中国台湾等地，日本对PLC的态度，经历了从初期怀疑否定到开放试验，直至今日的积极推动三个阶段。目前东京电力、新加坡电力、香港中华电力等建立了一定规模的试验网络。据不完全统计，截止2004年年底，PLC的试验网络遍及欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、非洲以及大洋洲的40多个国家和地区。第7章电力线接入技术 国外的PLC技术已经形成两种发展模式：一种是以美国为代表的家庭联网
34、模式，这种模式的PLC只提供家庭内部联网，户外访问使用其它形式的宽带接入方式；另一种模式面向欧洲和亚太市场，提供自配电变压器或楼边至用户家庭的全面PLC接入解决方案。前者充分利用室内的电力线，能够将家庭的电器与网络连为一体，为家庭智能化网络打下基础；后者延伸方便，电力线可遍布家庭、公司等各种场所。第7章电力线接入技术 7.5.2国内国内PLC技术的研发及应用技术的研发及应用国外在电力线通信技术方面的进展，引起了国家电力公司的高度重视和科研单位的密切关注。由于我国低压配电网的网络结构、负荷特性以及供电方式和国外有很大的不同，因此国外已有的理论研究成果和开发的系统不能完全适应我国的实际需要。我国科
35、技工作者在中国低压配电网高频信号传播特性、电力线高速数据通信机理、应用产品开发等方面做了大量的研究工作，形成了多项具有知识产权的专利技术。第7章电力线接入技术 在PLC技术的应用方面，我国已经走在了世界的前列。2001年国电通信中心在原国家电力公司的组织下，开始实施低压配电网电力线宽带接入技术的实验及推广应用，国电通信中心成立了PLC领导小组，下设PLC技术推进办公室，确立了推动电力线通信技术研究、试验及推广应用的策略、战略、思路和总体安排，引进了国内外多家企业的产品进行实验。国电通信中心PLC领导小组以及推进办公室的成立标志着我国PLC大规模有序试验和推进工作的开始。短短三年多，在国家电力(
36、电网)公司的统一安排下，国电通信中心组织研究开发单位、产品试验单位以及网络运营单位进行了大量的实验、电磁兼容特性测试、网络性能测试和工程探索，第7章电力线接入技术 提出并实践了具有中国特色的电力线通信技术应用模式，建立了世界上最大规模的电力线宽带接入试验运行网络。截止到2005年5月底，由国电通信中心组织、中电飞华公司实施的北京电力线宽带接入试验网覆盖了500多个居民小区，接入楼宇近4000栋，开通用户40000余。第7章电力线接入技术 7.5.3PLC的标准化的标准化目前，积极从事PLC、BPL(Broadband over Powerline)标准化的国际组织主要有“家庭插电联盟”(Hom
37、ePlug)(或“全称家庭插座电力线联盟”(The HomePlug Powerline Alliance，HPA)、“开放型PLC欧洲研究联盟”(The Open PLC European Research Alliance，OPERA)、“消费电子电力线通信联盟”(Consumer Electronics Powerline Communication Alliance，CEPCA)、“电力线利用联盟”(Powerline Utility Alliance，PUA)、“通用电力线联盟”(Universal Powerline Association，UPA)和IEEE P1901工作组等。
38、第7章电力线接入技术 HPA是标准制定成果最多的主要PLC国际联盟，最初重点在于PLC家庭网络技术规范的制定，近些年主要进行中、低压PLC宽带接入标准的制定。OPERA是由欧盟支持的最早制定PLC宽带接入标准的机构，主要是制定统一的欧洲标准。OPERA在2005年年底就完成了大部分PLC接入标准的制定，2006年2月宣布正式批准全球第一个开放式PLC接入技术规范，也称为Broadband over Powerline(BPL)，即宽带电力线接入标准。该标准的制定得到欧盟的支持，由来自OPERA的35个机构(包括10所大学)的业内专家历经两年的努力得以完成。第7章电力线接入技术 CEPCA主要由
39、松下和其他消费电子公司在推动，CEPCA主要着眼于家庭网络。IEEE P1901工作组起初由20个公司于2005年6月创立，目前的成员包括50个实体，其中就有从事PLC、BPL的著名公司，以及HPA、OPERA、CEPCA、PUA、UPA。IEEE P1901目前正在就BPL和户内电力线网络进行标准化工作，以形成被广泛接受的国际标准。第7章电力线接入技术 欧洲从2002年起开始研究PLC系统的技术框架和技术标准，目前已经取得了积极的进展。欧洲电信标准化组织ETSI从2002年开始陆续公开了两个PLC技术规范和5个技术报告，另外还有6个项目正在进行中。PLC产品EMC标准方面涉及的国际标准化组织
40、包括IEC、CENELEC等，其中最主要的是IEC下属机构国际无线电干扰特别委员会CISPR。目前定义了130 MHz范围内电信网络辐射限值的技术标准有4个，分别是德国的NB30、英国的MPT1570、美国的FCC Part15以及国际电信联盟于2003年7月推出的ITU-T K.60。第7章电力线接入技术 PLC技术在美国的主要应用是家庭联网。2000年3月至6月，13个业界先行公司发起成立HomePlug(家庭插座联盟)后，即开始了规范的制定工作，选择Intellon公司的技术作为基础，于2001年6月发布了HomePlug1.0规范，目前符合HomePlug 1.0的产品已经在北美、欧洲
41、和亚洲销售了数百万套，2003年2月开始HomePlug AV制定工作，2005年8月该规范获得联盟理事会批准。HomePlug C&C Version 1.0已经取得进展，详细技术规范尚在制定之中。HomePlug目前正在积极参与IEEE P1901有关BBL的标准制定工作。第7章电力线接入技术 第1代HomePlug规范推出时，消费类电子制造商正致力于推动室内联网，各国际标准组织让HomePlug带头先行。但是随着AV、BPL和控制逐渐被增添进来，IEEE和ETSI开始仔细审视Home Plug规范。目前IEEE中关于电力线通信的标准工作组有P1901、P1775和P1675三个。2005
42、年6月，IEEE批准成立P1901工作组。该工作组主要负责电力线宽带接入的MAC/PHY部分标准，HomePlug AV被IEEE P1901选为基本技术。IEEE P1775工作组成立于2005年5月，主要负责电磁兼容部分的标准制定工作，IEEE P1675工作组成立于2004年7月，主要负责硬件和安装部分的标准制定工作。第7章电力线接入技术 2004年10月14日，FCC关于电力线宽带运营的新规定(FCC 04-245)促进了该技术的发展，同时也保护了无线电授权用户不受电力线宽带的干扰。电力线宽带运营无需授权，在目前的辐射限值下，其发生干扰的机率很小。如果确有干扰发生，可以采取已经建立的降
43、低干扰的保障措施。测量干扰的原则是一致性和可重复性。美国在FCC框架下，有些州制定了自己的PLC法规，如德克萨斯州规定电力公司不是PLC的运营者或ISP。欧洲ETSI-PLT主要考虑的内容也是PHY和MAC，同时着重强调共存问题。此外韩国于2005年7月已经允许PLC合法使用30 MHz以下的频率。第7章电力线接入技术 下面分别对HomePlug AV、HomePlug BPL、HomePlug C&C做简单介绍。HomePlug AV的目的是在家庭内部的电力线上构筑高质量、多路媒体流、面向娱乐的网络，专门用来满足家庭数字多媒体传输的需要。它采用先进的物理层和MAC层技术，提供200 Mb/s
44、级的电力线网络，用于传输视频、音频和数据。Home-Plug AV是通过一种竞争性的程序来制定的，多家厂商提交的电力线通信技术在经过实验室测试和现场试用后，选择几种技术的优点，合并为一个单一的规范。第7章电力线接入技术 HomePlug AV的物理层使用OFDM调制方式，去除美国无线电爱好者使用的频率后，在228 MHz频段使用917个子载波。功率谱密度可编程，以满足不同国家的频率管制。每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM调制。采用Turbo FEC错误校验。物理层线路速率达到200 Mb/s，净荷为150 Mb/s，接近电力
45、线信道的通信极限容量。前同步码可被HomePlug 1.0设备检测，从而实现两者共存，但互操作是可选项。在10个家庭中进行的性能测试，80%的插座达到55 Mb/s以上的带宽，95%的插座达到35 Mb/s以上的带宽，98%的插座达到27 Mb/s以上的带宽，典型的物理层速率为70100 Mb/s。第7章电力线接入技术 HomePlug AV设计了十分高效的MAC层，支持基于工频周期同步机制的TDMA和CSMA(Carrier Sense Mutiple Access,载波监听多路访问)。TDMA面向连接，提供QoS保障，确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制。CSMA面向优先级，提供四级
46、优先级。工频周期同步机制确保良好的抗工频周期同步噪声的信道适应能力，如调光灯、充电器等产生的谐波。基于128位AES严格加密。中央协调者CCo(Central Coordinator)控制所在电力线网络设备的活动，并协调同相邻电力线网络的共存，以支持电力线宽带接入、多电力线网络运行和隐藏节点服务。第7章电力线接入技术 2004年上半年，HomePlug宣布了开发电力线宽带接入规范的意向，并向全球范围内的电力公司、服务提供商和PLC组织发出了邀请。同年10月至11月，HomePlug BPL工作组成立。2004年12月至2005年2月开发了HomePlug BPL的市场需求文件，并于3月向成员发
47、布征求意见，5月该文件获得理事会批准。HomePlug BPL市场需求文件的主要内容包括文件的目的和意图、市场概览、BPL系统描述及BPL规范要求。BPL市场需求文件的主旨是追求最高的性能以及同HomePlugAV的协同工作和无缝连接。第7章电力线接入技术 2005年，HomePlug AV被选为BPL的基本技术，以实现两者之间的完全互操作。HomePlug AV解决了许多同样存在于BPL的问题，如采用中心协调架构(相邻网络问题)解决许可控制和带宽管理问题。目前BPL规范正在进行低压和中压、北美和欧洲以及地埋和架空之间差异的技术分析。HomePlug BPL的特点包括:(1)基于HomePlu
48、g AV技术的200 Mb/s级物理层；(2)在高噪声的电力线信道上进行接近物理层极限容量的可靠通信；(3)具有交流电工频同步功能的TDMA和CSMA高效MAC层协议；第7章电力线接入技术(4)服务质量(QoS)保障；(5)支持多种网络部署结构；(6)高级网络管理功能，支持即插即用，可由用户或服务提供商安装和配置网络；(7)在HomePlug AV中为实现同BPL有效协同的“相邻网络”设计；(8)基于128位AES的严格安全保障；(9)共存模式支持多个户内网络和接入网络间实现高效的带宽共享；(10)同HomePlug 1.0共存，可选择两者互通。第7章电力线接入技术 HomePlug BPL的
49、应用分为以电力公司为主的服务和以用户为主的服务，前者如远程抄表、负荷控制、服务的远程启动/停止、窃电检测、动态和汇总数据分析、电能质量监测、安全监视、停电通知、设备监视、配网自动化、分布式发电的监控等，后者如因特网宽带接入、VoIP、视频传输、安全服务、家庭病毒防御、远程网络管理和故障诊断等。第7章电力线接入技术 HomePlug C&C实现用命令控制家电，触发诸如打开或关闭等相应动作。其要求包括：支持家电发回其状态、网络覆盖整个家庭、极高的连通性(目标为99.9%)、价格低廉、容易安装(无需专门技能或复杂的配置)、无需相间耦合器或中继器等附加设备。其应用包括：家居自动化，例如户内外灯光控制，
50、空调和热水器的监视和控制，游泳池设备控制，车库门、电子大门、喷灌系统的开启，窗帘的开闭控制等；家电的服务监测、维修申告，例如洗衣机、烘干机、空调、热水器、冰箱等；家庭音视频设备的控制；家庭安防的远程监视和通过因特网进行控制，例如家庭安全和监视设备、烟感和水浸等；远程抄表和能量管理。第7章电力线接入技术 随着PLC技术的日渐成熟以及大规模应用，中国PLC技术标准化方面的研究工作逐渐深入，取得了初步的成果。2003年9月，国电通信中心与中国电力企业联合会标准化中心签订了标准项目合同作为用户接入的低压电力线通信技术规范，旨在从电力行业的角度，对PLC产品和网络等各方面进行管理。2004年12月，中国
