基于电力线的宽带接入方案

２０Ｏ２年第４期　电　力　囊　谊　莲　诘　２３・　基于电力线的宽带接入方案　郑洁，刘敏华，陈虹　（扬州太学工学院电气工程系，江苏扬州２２５００９）　摘要：简要介绍了数字配电线载波技术，提出了一种基于电力线的宽带接入方案，并对关键技术进行了　讨论　美键词：数字配电线载波；电力线通信；宽带接入　中图分类号：ＴＮ９１５．８５３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—７６４１（２０００）０４—００２３—０３　０引言　现代电信正向着宽带化、综台化和个人化方向发　展，互联网的爆炸性发展改变了人们的生活方式，人们　上来看，这种方案都摆脱不了噪音对数据和语言严重　干扰的阴影，保证不了系统的ＱｏＳ，而且，还要进行同　轴双向网的改造。　利用纯ＩＰ技术，将１０　Ｍ／１００　Ｍ以太网直接引入　家庭的方案是不可低估的新型接人方案＋带宽高，无缝　不再满足于打电话、看电视，而是出现了众多新的双向　交互式业务，如：电子邮件、视频点播、家庭购物、远程　教学、远程诊断、会议电视、高速数据传真等。这些业　务种类多，而且要求高质量、高速率的传输，这就给整　个电信网、计算机网“晟后一公里”这一制约通信的瓶　颈提出了巨大的挑战。光纤到户（Ｆ兀Ｈ）是用户网今　后必然的发展方向，但由于光纤用户网的成本过高，在　连接，真正的高速上网，但目前ＩＰ电话还不够成熟，光　路利用率不高，光传输的可靠性也不太高。　ＡＴＭ—ＰＯＮ技术是很有前途的发展方向。可以　真正做到话音、数据、视频业务的融台。但目前．ＡＰＯＮ　还不成熟，价格也偏高。　今后的很长一段时间内大多数用户网仍不可能完全使　用光纤，于是近年来出现了多种过渡性的宽带接入网　技术，但迄今为止，仍然投有一个十全十美的方案，每　个方案都有各自的优点，又都有各自的不足。　２基于电力线的宽带接入方案　在众多过渡性方案中，如何建设一个综台、经济、　可靠、有效的通信网络，既能满足现在的各种宽带业　务，又能面向未来，支持不断增多的用户、更大的带宽　以及新的业务，避免不必要的重复投资，是当前的一个　重要课题。　１　当前主要接入网技术　在众多方案中，ＡＤ　技术利用原有的电话线路，　不加改造就可以传送高速数据信号（下行１．５～８　Ｍｂ／ｓ，上行１６～６４０　ｋｂ／ｓ），局端经ＤＳＩ　ＡＭ复用后与　Ａ，ｒＩ　网适配，是传统运营商发展网络时特别看中的方　案，但是ＡＤＳＬ提供的带宽还不太高，实际使用中开通　率也不高，影响了它的大面积推广。　ＨＦＣ＋Ｃａｂｌｅ　Ｍｏｄｅｍ方案，充分利用了覆盖面很　宽的同轴电缆，可以提供更高的带宽，高速数据与模拟　电力网是当今各网络中拥有用户最多、最普及、最　必不可少的网络。如能使电力与信息相结台，充分利　用现成的电力网承载语音、视频、数据等综台业务。开　发和利用遍布千家万户的电力线资源，构成信息交换　终端，基于电力网实现宽带接人，无疑是最为方便、简　洁和经济的。这无论对提高电力系统的经济效益还是　拓宽人们获取信息的渠道、降低通信的成本，都有着重　大的意义　电视共缆，频道多，便宜。但无论从理论上还是从实际　收稿日期：２００２—０１—１４　（１）新技术的突破　２０世纪９０年代以来，随着通信技术的发展，电力　基金项目：扬州大学自然科学基金资助项目（Ｆ００１１２０）　柞者简舟：郑洁（１９６，７一），女，湖北武汉人，讲师，从事电子　度通信方面的教学与研究；　线载波技术已经获得了重大突破。北方电讯（Ｎｏｒｔｅｌ　Ｔｅｌｅｃｏｍ）和英国联台公用事业公司（Ｎｏｒｗｅｂ）在１９９７　年ｌ０月宣布，其新开发的ＤＰＬ技术（数字配电线载波　技术）实现了在配电网上进行远程通信，从而将四通八　达的低压电力线转化为信息高速公路的现成通道，使　得低压电网传送经过调制的因特网数据速率已超过１　刘敏华（１９６３一），女，江苏扬州人，讲师，从事电　子度工业控制方面的教学与研究；　陈虹（１９５５一），女，江苏扬州人＋副教授，从事计　算机控制度智能建筑方面的教学与研究。　Ｍｂ／ｓ，比ＩＳＤＮ还快１０倍，比普通电话线连接的高速　维普资讯 http://www.cqvip.com

电　力　孽　辘　瞳　椹　２００２年第４期　调制解调器快２０倍。自此，世界上许多著名通信公司　都纷纷研究和开发ＤＰＬ技术，旨在不断提高其通信速　率，目前，处于世界领先水平的美国Ｉｎｔｅｌｌｏｎ公司已研　制出了在电力线上传输数据速率达１４　Ｍｂ／ｓ的数据通　信系统。以这样的速率传输音频、视频点播和实时电　视都不会存在困难，因此ＤＰＬ技术引起了广泛关注。　ＤＰＬ技术采用改进的因特网协议（ＩＰ）以及复杂　的专用电子装置在低压电网上传输ＭＨｚ级的高频数　字通信信号，同时监视导致信息失真的脉冲信号以及　其他形式干扰。由于数据传输中的数据流是被分切后　封装起来进行传输的，而不是以连续的信号流形式传　输，因而数据传输不像声音通信那样易受干扰。此外，　ＩＰ可以保证被噪声影响的封装可以再传一次。同时，　由于该项技术中数字化双工设备的采用及调制过程的　应用，可利用的通信带宽已增至原来的１００倍。　目前所实现的ＤＰＬ技术是对配电电缆系统进行　调制，使之可以同时传输两路甚至多路电信号而不会　产生任何互损。这些信号的频率范围很宽，从超低频　（如５０／６０　Ｈｚ）到超高频（如５００／６００　ＭＨｚ）。该技术　的调制是通过在相应的网络互联点上安装三出口的定　向耦合调制单元（Ｃｕ）来实现的，ＣＵ包括一个以互联　的高通和低通滤波器组成的网络出口（ＮＰ）、一个通信　分配出口（④Ｐ）和一个电力分配出口（ＥＤＰ）的频分方　向耦台器。ＣＵ的基本组成如图１所示。　在低压电网上使用一定数目的ＣＵ就构成了所谓　的高额调制电力网络（　Ｎ），其结构如图２所示。　一个典型ＨＦＣＰＮ的特点是稳定性高和对噪声的容错　性强。ＤＰＬ技术正是通过｝母ｃＰＮ将低压电网转换成　了可传送高速数据信息的局域网（Ｌ户　），其目标是使　用户访问因特网像使用电话那样方便。　图１定向耦台调制单元（０ｕ）　图２　ＨＦＣＰＮ的结构　（２）基于电力线的宽带接人方案　ＤＰＬ技术可以为用户提供端对端的数据服务，将　数据由本地变电站通过低电压配电网直接传输至用户　家庭或中、小型公司。因而，从通信角度来看，ＤＰＬ技　术是将现成的低压配电网络转换成载渡信息局域网　（ＬＡＩＮ）。一个以变电站为接人节点的接入网方案如　图３所示　典型用户端的主要硬件设备有ＤＰＬ耦台单元及　图３基于电力线的宽带接＾方案　远端ＤＰＬ通信模块。ＤＰＬ耦合单元将信息数据与工　频电力分离，并通过电缆与远端ＤＰＬ通信模块相连。　远端ＤＰＬ通信模块的另一端有３个通信接口，第一个　接口通过双绞线、细缆等媒舟同计算机网卡相连，并能　实现将低压配电网遵循的专用网络协议（如ＩＥＥＥ　８０２．１４协议）与计算机网络口遵循的通用协议（如ＩＰ　协议）之间的相互转换，使计算机无需增加模块就可以　使用低压配电网进行网络通信；另外，还可通过机顶盒　与电视机相连，用户可通过电视机下载ＶＯＤ或ＭＰ３　节目。第二个接口通过音频缆线与普通电话机相连，　该接口能实现ＩＰ语音数据包与标准话音信号之间的　相互转换，使普通电话在低压配电网上实现双工通信，　这样一来，ＩＰ通信方式的电话业务不再局限于目前的　长途电话业务。第三个接口为用户自动化信息提供数　据通道，以实现三表的远程自动抄收及家庭智能设备　的远程控制，并且，随着电力市场的开放，通过与电力　信息网相接的智能化电表可以根据实时电价进行用电　结算及用电控制，方便地实现用电自动化管理。　变电站端的主要硬件设备有ＤＰＬ耦舍单元、局端　ＤＰＬ通信模块及ＩＰ交换机设备等。与用户端类似，　信息数据通过ＤＰＬ耦台单元与工额电力分离，并通过　电缆进入局端ＤＰＬ通信模块。局端ＤＰＬ通信模块将　遵循低压配电网专用协议的信息转换成ＩＰ协议的数　据包，然后进入ＩＰ交换机。ＩＰ交换机根据数据的ＩＰ　地址将各种信息分离，其中：用户自动化信息接用户自　动化信息管理系统，ＩＰ语音包通过网关转换成标准语　音信号进入公用电话网，互联网信息直接与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　网相连。该处的ＩＰ交换机具有路由器及网关的功能，　它通过检测数据包的ＩＰ地址，将数据进行转发，还可　进行网络的管理。ＩＰ交换机还接有服务器，提供本地　信息服务。来自变电站其他电力线路耦台单元的信息　数据分别通过各自的局端通信模块与ＩＰ交换机相接，　并通过ＩＰ交换机实现用户自动化信息、话音信息、互　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第４期　电　力　孽　锚　匝　憎　・２５　联网信息与外界的交换。　带主干网或分别接电话网、互联网和电力信息网，即采　用电力载波线解决“最后一公里”的方案。　（４）其他　对于接人电视网，首先主干网应是宽带主干网　（ｓｏＮＥＴ或ＡＴＭ）。由于视频压缩标准ＭＰＥＧ一２需　要４－－６　Ｍｂ／ｓ的传输速率，所以本地的接入网必须满　足这个传输速率，当ＤＰＬ技术将传输速率提高到这个　３关键技术　由图３可见，ＤＰＬ通信模块是实现该方案的关键　设备，它不仅有调制解调功能，以实现高速信息数据在　电力线上的传输，还有功能强大的通信接口，以提供多　媒体综台业务。　（１）载波信息网与计算机网的接口　由于变压器同侧的信息不一定全部需要送到另一　侧，ＤＰＬ通信模块还必须具有局域网数据转发的功　能，即网桥的功能。在低压配电网中，用户到前端的距　离常常有几公里，这使得用户端到前端的信号传输延　迟增大，从而决定了用户计算机与前端的网络通信不　速率后，才可满足要求，然后在用户端使用机顶盒接于　电视机，即可通过低压配电网收看电视节目。　另外，由于电力载渡线是非屏蔽线路，高频信号的　辐射也是一个不容忽视的问题，这一缺陷如能妥善解　决，将对基于电力线的宽带接人方案的实施有着重大　意义　能采用通用的局域网协议，而必须采用专用的网络协　议，如ＩＥＥＥ　８０２．１４协议。这就要求ＤＰＬ通信模块要　把电缆段进来的采用ＩＥＥＥ　８０２．１４协议的数据经层　层解包后提交网络层，随后再按以太网协议层层封装　后转发到计算机网络接口，并把计算机发来的数据进　４结束语　基于电力线实现宽带接人的最大优势是可　充分　利用现有的四通八达的电力网，避免了重复投资和浪　费，尤其适台于分布较分散的住户及偏远用户。另一　优势是各用户内部的电力网叉自然地构成了局域网，　从而使得通过网络对家庭智能化设备进行控制变得简　单、可行　行相应的逆操作后转发到低压配电网。　（２）载波信息网与电话网的接口　在低压配电网上传输的电话信号实际上是基于　ＩＰ技术的语音数据包。ＤＰＬ通信模块接收标准话音　信号，经过数字化处理和压缩，然后分割成标准的ＩＰ　语音包，通过低压配电网发进到目的地所在的另一台　ＤＰＬ通信模块上，对网络传来的数据包进行逆操作，　随着电力系统通信的不断社会化以及电力线通信　新技术的迅猛发展，相信有一天，基于电力线实现宽带　综台业务接人终将成为现实。　将其转换为标准话音信号。用户端的ＤＰＬ通信模块　分别接用户电话及ＰＣ机，变电站端的ＤＰＬ通信模块　分别接公用电话网及因特网，因此低压配电网中的用　户通过ＤＰＬ通信模块可实现电话到电话、ＰＣ到ＰＣ、　参考文献：　［１］束永华．电力载波技术重大突破［Ｊ］．电网技术，１９９９　（２）：７２—７６．　［２］缪晓渡．低压电网数据通信技术研究现状与展望［Ｊ］．电　力系统通信，２００１（３）：１５—１８．　Ｃ到电话的通信。Ｐ　（３）信息翻越变压器的措施　信息过变压器是一个难点，尽管新技术双向工频　通信方式饵决了直接跨越变压器传输数据的难题，但　［３］张保会．电话、电脑和电力的“三网合一”概念与技术　（一）［Ｊ］．继电器，２０００（９）：１—６　［４］张保会．电话、电脑和电力的“三网合一”概念与技术　（二）　Ｊ］继电器，２０００（１０）：１　５　［５　曹志刚，钱亚生版社，１９９２．　一该技术仅适用于调制信号频率是工频３～７倍的较低　频率方式，而对于本文论述的ＭＨｚ级的调制信号而　现代通信原理　Ｍ］．北京：清华大学出　言，则可考虑采用旁路电容、使用额外电缆或采用相应　的无线装置等措施来解决。再者可考虑以每个变压器　作为一个局部信息处理中心，处理后的信息直接接宽　６　Ｊｏｈｎ　Ｎｅｗｂｕｒｙ　Ｐｏｔｅｎｔｉｌａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｄ　ｃｅｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃａｒｉ＇ｉｅｌ￣Ａ　ａｎｄ　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｎｅｔ—　ｗｏｒｋ［ｚ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｘ￣ａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　ＤｅｌｉｖｅＤ，．１９９９．　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ａｃｃｅｓｓｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ　ＺＨＥＮＧｙ／ｅ，Ｌ　Ｍｉｎ－ｈｕａ，ＣＨＥＮＨｏｎｇ　（Ｄｅｐｔ．。ｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｚｈｏａ　Ｕｎｉｖ．，Ｙａｎｇｚｈｏａ　２２５００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ姆ｔａＩ　ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ａｃｃｅｓｓｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　Ｋｅｙ　０　凼！ｄｉｉｇｔａｌ　Ｉｘ）ｗｅｒｌｎｅ；ｐｏｗｅｉｒｌｉｎｅ　：ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ａｃｃ嚼