基于电力线的宽带接入方案

郑洁　刘敏华　陈虹
　　摘要：简要介绍了数字配电线载波技术，提出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。

　　关键词：数字配电线载波；电力线通信；宽带接入

　　0　引言

　　现代电信正向着宽带化、综合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“最后一公里”这一制约通信的瓶颈提出了巨大的挑战。光纤到户（FTTH）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，迄今为止，仍然没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。

　　1　当前主要接入网技术

　　在众多方案中，ADSL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12.5-8Mb/s，上行16-640kb/s），局端经DSLAM复用后与ATM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+Calbe 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，高速数据与模拟电视共缆，频道多，便宜。但无论从理论上还是从实际上来看，这种方案都摆脱不了噪音对数据和语言严重干扰的阴影，保证了不系统的QoS，而且，还要进行同轴双向网的改造。

　　利用纯IP技术，将10M/100M以太网直接引入家庭的方案是不可低仨的新型接入方案，带宽高，无缝连接，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、视频业务的融合，但目前，APON还不成熟，价格也偏高。

　　2　基于电力线的宽带接入方案

　　在众多过渡性方案中，如何建设一个综合、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。

　　电力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合，充分利用现成的电力网承载语音、视频、数据等综合业务，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入，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。

　　（1）新技术的突破

　　20世纪90年代以来，随着通信技术的发展，电力线载波技术已经获得了重大突破。北方电讯（Nortel Telecom）和英国联合公用事业公司（Norweb）在1997年10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1Mb/s，比ISDN还快10倍，比普通电话线连接的高速调制解调器快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14Mb/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50/60Hz）到超高频（如500/600Mhz）。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（CDP）和一个电力分配出口（EDP）的频分方向耦合器。

　　在低压电网上使用一定数目的CU就构成了所谓的高频调制电力网络（HFCPN）。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HFCPN将低压电网转换成了可传送高速数据信息的局域网（LAN），其目标是使用户访问因特网像使用电话那样方便。

　　（2）基于电力线的宽带接入方案

　　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技术是将求同存异的低压配电网络转换成载波信息局域网（LAN）。

　　典型用户端的主要硬件设备有DPL耦合单元及远端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、细缆等媒介同计算机网卡相连，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，方便地实现电自动化管理。

　　变电站端的主要硬件设备有DPL耦合单元、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耦合单元与工频电力分离，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合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、互联网信息与外界的交换。

　　3　关键技术

　　DPL通信模块是实现该方案的关键设备，它不仅有调制解调器功能，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，以提供多媒体综合业务。

　　（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送来的采用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，通过低压配电网发送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，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、PC到电话的通信。

　　（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解决了直接跨越变压器传输数据的难题，但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级的调制信号而言，则考虑采用旁路电容、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

　　对于接入电视网，首先主干网应是带宽主干网（SONET或ATM）。由于视频压缩标准MPEG-2需要4-6Mb/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，由于电力载波线是非屏蔽线路，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入方案的实施有着重大意义。

　　4　结束语

　　基于电力线实现宽带接入的最大优势是可以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，尤其刊登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又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。

　　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合业务接入终将成为现实。

摘自《电力系统通信》2002.4