电力通信：解决小区宽带接入的方案.doc

摘要：本文将简要介绍电力线通信行业标准发展过程，并详细论述了PLC技术与WLAN 、EPON技术相融合的创新性 WLAN (宽带入户）解决方案，以及对该方案的系统组成、通信机制及影响因素进行了简析，文章最后列举了典型的应用案例，具体展现了该方案的优越性。关键字：PLC；电力线通信；无线宽带入户；WLAN；EPON.作者：昆山网电科技有限公司 PLC研发工程师一、电力线通信行业背景及遇到的问题随着4月1日，由国家两部委共同编制的两项关于“光纤入户”的国家标准正式实施，宣布了我国正式开始迈入后光纤的时代，然而在各运营商争相喊出“宽带提速，去铜换光”的口号用于抢占市场的时也遇到居多现实的问题，具体问题如下：1、光纤铺设成本高，铜线资源丰富成关键在宽带提速大背景下，国内的各大电信运营商开始逐步推进光进铜退，转向FTTH的光纤接入方式。但同时， 运营商也面临着光纤入户的部署施工的难题和成本的压力。对于运营商而言，如何去利用现有的资源发挥更大的价值是一项重要课题。从根据国内宽带用户及运营商现状的实际情况出发，昆山网电科技有限公司根据自身的电力线通信技术优势，为各大运营商提供了一套完整的铜线（电力线）入户的解决方案。因市场的需要，能与FTTH的速率相媲美的PLC技术，作为充分利用短距离铜缆高速传输的有效技术，再次受到了运营商的高度关注。据了解，相比较于FTTH,PLC的理论速率可达170Mbps。同时，PLC可以充分利用现有的铜缆资源，无须进行现有线路改造施工，毫不费力地就能跨过了最后100米接入难的鸿沟，且其建设成本远低于FTTH。2、国内市场巨大，光铜并肩发展由于端到端较高的投资成本拉长了FTTH的回报周期，而且关键器件等维护也牵涉到今后的运营成本。 FTTH建网成本是PLC 的4倍。在宽带普及提速的现实需求下，对于光纤布放困难、宽带渗透率低的区域有着不可替代的成本优势和先天的施工优势。 对于宽入户问题，南方电信和北方联通都可以借助先天的优势来解决丰富的电话线网络资源ADSL，而虎视眈眈的广电总局找到了它的一个杀手钳CATV 的同轴线缆（即称 HFC 混合光纤同轴网）。各大运营商宽带接入业务首先想到了就是住户家里面固话电话线，或者是电视的有线电视线（同轴线），却忽视了遍布家庭最广泛的线电力线，电力线是家里面最基础的线，但它的覆盖面之广却是其他网络所无法比拟的。二、电力线通信行业发展标准 电力线通信技术简称PLC(PowerLine Communication)，是指利用电力线传输数据、话音，视频信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用：高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV35kV）以及低压(10kV以下)等领域，数据传输的通讯速率也在不断的提高。现阶段，在低压配电网上传输速率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps、85Mbps 、200Mbps和500Mbps的高速率，传输距离可达500米，被业界认为是最有前景的宽带接入技术。2005年7月，电气和电子工程师协会IEEE成立P1901工作组，致力于统一电力线宽带通信的技术标准。WLAN无线宽带入户PLC创新解决方案包括电力线宽带通信的室内联网和室外宽带接入，以及两者的互操作性。2010年2月，IEEE已经完成最初草案并发布，将HomePlug电力线联盟的HomePlugAV技术、基于松下电子的HDPLC技术定义为物理层可选的标准，放弃了对G.hn的兼容努力，10月份发布了规范P1901的正式版。三、PLC将WLAN 与 PLC、EPON 技术完美融合的解决方案（昆山网电）1、 方案背景 于WLAN，目前定位是：以承载高速数据业务为主，覆盖重要公共热点区域，分流3G网络的热点数据流量，降低网络建设成本，改善用户体验。而目前的WLAN建设则主要以室内覆盖为主，基于802.11a/b/g/n标准，使用2.4G/5.8G频段；覆盖方法主要使用传统的室分系统对目标区域进行覆盖，802.11使用的是2.4G/5.8G的高频，相对于使用800/900MHz的GSM网络，WLAN信号线路传输的损耗及空气中传播的损耗较大，穿透力较弱。在某些场所，如宾馆酒店的豪华套房、高档小区、别墅群、跃层式住宅等，由于装修及美观等原因，线路难以布设至目标覆盖区域，若采用传统的室内分布系统在房间外布放天线进行覆盖常常很难达到理想的覆盖效果，尤其对于普通的家庭用户来说，那是难上加难。 2、方案组成 昆山网电科技的WLAN （宽带）入户解决方案创新性的将WLAN与PLC技术相融合，完美解决了WLAN入户问题。通信系统主要由局端电力网桥、无线电力猫和电感耦合单元三大部分组成，下文将对局端电力网桥、无线电力猫和电感耦合单元三部分做详细介绍。（1）、局端电力网桥局端电力网桥是电力线宽带接入系统的接入汇聚设备, 通过AC100V-240V电力线传输和接收以太网信号，可以使原有的电力线网络以很低的投资升级成为一个电信级的可运营、可管理的宽带接入网络。局端电力网桥将ONU（或光电转换器/交换机）输出的标准的以太网信号调制成可以在电力线上传输的射频信号，通过采用OFDM技术使其能够在复杂的网络环境中进行可靠的数据传输。局端电力网桥安装在小区机房、小区弱电井（靠近电表房）、小区光节点或者楼道内.图1：昆山网电WLAN入户解决方案系统组成图（2）、无线电力猫 无线电力猫，即无线电力型AP，顾名思义，是电力调制解调模块（Modem）和无线接入点AP的融合。AP单元完美支持目前802.11g/n协议。无线电力猫终端使用在用户家庭中，连接至不同电源插座，即插即用。（3）、电感耦合单元 电感耦合单元采用电感式耦合器，实现PLC高频信号与电力线的耦合，每个型号的耦合器都有特定的参数，各型号耦合器不能混用和替代使用。耦合器的应用环境在小区机房或者弱电井房耦合电力线的地方。局端电力网桥将以太网上联接口接收过来的数据进行D/A转换变成模拟信号，用正交频分复技术（ OFDM）调制到2M-30M频宽的多个载波上，由模拟前端对信号进行滤波和自适应功率放大，再从PLC信号接口耦合到电力线进行传输；无线电力猫终端将电力线上PLC信号提取出来，进行滤波和自适应功率放大后解调、A/D转换、最后还原为以太网数据并且通过AP模块广播无线信号，从而实现借助电力线解决WLAN入户覆盖。3、PLC系统通信机制PLC系统的局端电力网桥和无线电力猫终端采用点对多的拓扑结构，采用MASTERSLAVE模式适应电力线接入网络模式，局端电力网桥定义为MASTER模式，无线电力猫终端定义为SLAVE模式，相互之间是主从关系。PLC系统的上下行数据采用了不同的传输方式，专为适应电力线共享网络媒介的特性而设计。当无线电力猫终端联通电源后，系统会自动搜寻局端电力网桥，并且在局端电力网桥上注册自己的MAC地址，同时，局端电力网桥给每一个电力猫终端分配一个唯一的终端设备标识（TEI）。数据从局端电力网桥以时分复用技术(TDM)广播到每个电力猫终端，当数据信道到达电力猫终端时，会根据TEI在物理层上做出判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其他无线电力猫终端设备的数据帧。昆山网电的PLC设备采用了十分高效的MAC层处理技术，支持工频周期同步机制，综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入2种方式，并通过快速自动重发请求ARQ可靠传送。其中，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，提供四级优先级。局端电力网桥控制所在的电力线网络其他同等设备的活动，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。局端电力网桥除了提供无线电力猫终端网络集中与接入外，还采用VLAN和QOS技术，能够对用户的数据、语音和视频业务进行精细化管理，可以针对用户的不同业务需求进行带宽分配和管理配置，并且采用黑白名单的方式对终端用户进行管理。所有电力猫终端的上行数据都传递给局端电力网桥，无线电力猫终端之间不能相互通讯，也就是各个用户之间是隔离的，这可以有效避免用户之间的影响。 4、WLAN入户PLC解决方案影响因素简析（昆山网电）电力线最初设计是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，利用电力线作为通信传输媒介，自然会引起众多的疑问，其主要分为政策层面和技术层面。（1）.政策层面：关于电力线宽带的接入仍然需要依靠骨干网络，解决的是大楼到桌面的这一段接入。因此，要做电力线宽带接入的运营，要么由城域网运营商与PLC驻地运营商合作，要么就由传统的运营商利用PLC技术自建驻地网。要获得宽带经营资质许可，提供宽带接入业务，就必须获得信息产业部的驻地网许可证，无线宽带WLAN亦是如此。在三大运营商大规模推广无线宽带以前，关于电力线上网的推广和应用，都是由国电通信中心牵头来做的，信息产业部没有叫停，没有许可，也没有相关的“电通”牌照的问世。但是，我们在WLAN无线宽带入户的解决方案中，所有涉及到的电力线通信介质均在低压段，而室内的电力线产权上属于业主或者物业所有，上海电信亦在2010年下半年借助PLC电力线通信介质在上百个小区实现了IPTV的数据传输，因此，电信级运营商凭借大量的物业资源使用电力线解决WLAN无线宽带入户，是否会受到国家电网的干涉暂时还不会有定论。（2）.技术层面：国电通信中心几年前曾经牵头在北京、深圳等地进行过大规模的电力线宽带运营，结果我们是知道的失败，包括现在都可以看到网上对当时电力线宽带业务的很多否定评价，我们暂且不讨论其运营模式，就从技术层面对当时的失败进行一个简单的分析。“上网就不能用电吹风，电压不稳会掉线”这个就是当时电力线通信的真实写照，现在还可以在网上随处搜索到，所有用户对这样的服务投诉不断。当时的电力线上网诟病多，主要集中在稳定性、信号衰减、信息安全、电磁干扰等问题上，用户的投诉更是集中在上网时性能不稳定、受外界电源状况影响过多等情况。常言道，科技改变人类生活，科技处于时时刻刻的高速变化中。电力线通信技术同样如此，纵观其发展的十几年历程，从低速率的几十Kbps到目前的500Mbps，从无标准无序状态到IEEE和ITU等竞相发布PLC通信的标准，我们暂且不讨论以往技术的缺陷或者说以往技术的不完美。目前昆山网电的PLC设备在物理层采用具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM调制解调技术，通过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，并且采用了先进的MAC层处理技术保证高质量的电力线通信。至于安全性，昆山网电的PLC系统中数据通信完全支持128位的AES数据加密，并且可以保证各个终端的数据隔离来确保终端用户的隐私。另外，昆山网电创新性的将PLC设备同目前的WLAN系统的无线接入点AP相融合，实现WLAN数据的干线传输，并且完全借用各运营商已经建设的有线侧网元、WLAN认证计费等系统，实现了PLC电力线通信系统与现在WLAN系统的完美融合。四、案例分享（昆山网电WLAN入户 PLC 解决方案经典案例）背景：2011年，中国移动某城市分公司PLC无线宽带项目是昆山网电WLAN入户PLC解决方案第一个大规模应用的缩影。此项目起始于2011年的4月份，并且是以联合研究课题的形式开展基于PLC技术的无线宽带覆盖模式联合研究项目，该课题的目的是开展基于PLC（电力线上网技术，Power Line Communication，简称PLC）技术的无线宽带覆盖模式的初步技术验证测试，在技术验证测试过程，发现该模式的设备及技术特点存在的问题，并且解决问题，为该模式的大规模推广铺平道路。昆山网电通过敏锐的市场嗅觉，牢牢把握住了此次机会，并且成为了该课题的主要参与厂家，并为后续7月份的大规模招标和部署打下了坚实的基础。 1.中国移动分公司基于PLC技术的无线覆盖项目系统架构 中国移动分公司完全借用现有已建设的WLAN系统，联合中国铁通某分公司，同时借助中国铁通已有的物业资源，通过昆山网电的PLC解决方案实现小区的WLAN无线宽带覆盖，系统的架构如下图2所示。图2某某移动WLAN入户PLC解决方案系统架构小区楼宇配电间的PLC局端电力网桥的RJ45接口连接交换机/ONU、光收发器通过光缆到中国移动某分公司的通信机房接入网络口。PLC局端电力网桥射频信号输出经过耦合器，将信号耦合到电力线上，住户家里面，再连接到每个用户端的PLC Modem（无线电力猫）。 用户的无线电力猫默认广播中国移动某分公司的CMCC信号，从而实现基于PLC系统的WLAN无线宽带入户覆盖。2.中国移动某分公司的WLAN入户PLC解决方案优劣对比相比WLAN室分覆盖，PLC解决方案的优势显而易见，即便与传统有线宽带通信而言，亦有不可比拟的优势：（1)成本低：对运营商而言，利用电力线上网，直接使用现有的电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大减少了在基础网络上的投资；对用户而言，通过电力线上网，无需通过电话线，相对减少了通话费用，且享受到价格优惠的互联网接入服务。（2)覆盖广：无所不在的电力线网络是此方案的优势，电力线是最基础的网络，它的规模之大是其他网络所无法比拟的，运营商可以轻松地将网络接入服务渗透到每个家庭。此方案将会促进电信级运营商市场的发展，并为WLAN普及带来极大的发展空间。（3)传输速率高：利用电力线上网能够为用户提供高速的数据传输速率，信息传送速度可达到200Mbit/s，甚至后续平滑升级到500Mbit/s，满足普通家庭的WLAN无线宽带入户。（4)适用性强：能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。当今，随着物联网时代的来临，以及各种支持上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增加接入端口，通过电力线路，无线高速接入互