第11章电力线接入技术

1、第11章 电力线接入技术 电力线接入是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭Internet宽带接入和家电智能化联网控制，即电力线通信（Power Line Communication，PLC）。 11.1.1 电力接入网的基本概念电力接入网的基本概念 如本书前面的章节所述，常用接入方式包括：利用电话铜线的xDSL方式、利用有线电视电缆的Cable Modem方式以及利用双绞线的以太网方式等。如今又多了一种更方便、更经济的方式利用电力线的PLC接入方式。PLC的英文全称是Power Line Communication，即电力线通信。通过利用传

2、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”。此外，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。 11.1 电力线接入概述 11.1.1 电力接入网的基本概念电力接入网的基本概念广义电力线通信(Power Line Communication,简称PLC)技术早在六十多年

3、前就应用在输电线路上，用于发电厂及变电站的调度指挥通信。 现在通常所说的PLC是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭Internet“宽带”接入和家电智能化联网控制，即高速数据PLC。 11.1 电力线接入概述 11.1.2 电力接入网的系统结构电力接入网的系统结构 11.1 电力线接入概述 图11-1 电力接入网的系统结构 11.1.2 11.1.2 电力接入网的系统结构电力接入网的系统结构 目前，市场上的主流电力猫为85Mbps和200Mbps两种速率，但是仍存在22Mbps和14Mbps等速率电力猫，在电信宽带快速提速的今天，22Mbp

4、s和14Mbps电力猫勉强能用于浏览网页，无法满足IPTV等更高端的网络设备使用需求。因此85Mbps和200Mbps电力猫成为主流。 电力猫其实就是通过电力线进行宽带上网的Modem的俗称。它可以将你家中的任何一个普通电源插座转换为网络接口，不需要另外布线就可以轻松上网浏览网站、收发电子邮件、或是传递大型档案，并具备128-bit DES（Data Encryption Security）数据加密保护功能，同时更兼顾了数据传输的安全性。 11.1 电力线接入概述 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 与采用其他介质传输信号一样，在电力线上传输网络信号也采用载波技术。电力线载波通信的原理

5、如图11-2所示。 在电力线上传输高速数据信号一般采用两种方案：电力线数字扩频技术（SST）和正交频分多路复用技术（OFDM）。11.2 电力线接入的工作原理 图11-2 电力线载波通信原理框图 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 1. 数字扩频技术（SST） 扩频通信利用高速率的扩频码对数据进行调制，拓展信号带宽，降低干扰信号的功率谱密度，达到提高信噪比、抗干扰、多用户共享带宽的目的。同时，SST技术可以充分利用传输频带，实现宽带高速数据传输，得到可靠的数据通信。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，需要非线性均衡器。相对于窄带通信而言

6、，扩频通信在抗干扰方面具有一定的优势。 11.1 电力线接入概述 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 1. 数字扩频技术（SST） 实现扩频有三种途径：直接序列调制、跳频载波和利用线性调频波（Chirps）扫描频率进行载波。(1) 直接序列调制（Direct-Sequence Modulation） 11.1 电力线接入概述 图11-3 直接序列扩频系统图 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 1. 数字扩频技术（SST） (2) 跳频载波（Frequency-Hopping） 11.1 电力线接入概述 图11-4 跳频通信系统的原理框图 11.2.1

7、 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 1. 数字扩频技术（SST）(3) 利用扫描频率的Chirps进行载波 这种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100s，它代表了最基本的通信符号时间（UST）。这些Chirps覆盖了100400kHz的频带，并总是以200400kHz的频率开始，继而以100200kHz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，而邻近信道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，就可以将邻近信

8、道干扰排除在外。 11.1 电力线接入概述 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 2. OFDM技术技术(1) OFDM技术的工作原理 11.1 电力线接入概述 图11-5 OFDM系统的工作原理框图 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 2. OFDM技术技术(2) OFDM技术的优点 对抗频率选择性衰落 对抗频率选择性衰落通过分配OFDM的子信道实现。如果信号在某些子信道衰落严重，低于信噪比门限，只需关闭这些子信道，由其他子信道完成传输任务。这样可减小传输中的误码率，保证数据的完整性。 OFDM技术容易实现 OFDM技术子信道采用M-PSK或M-QA

9、M调制方式，调制使用IFFT，而解调使用FFT，硬件直接使用DSP或FPGA实现，系统复杂度大大降低。 11.1 电力线接入概述 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 2. OFDM技术技术(2) OFDM技术的优点 更高的频谱利用率 频谱利用率较高在相同带宽的情况下，当子载波数目增加时，由于OFDM子载波之间无像FDM的保护频带，而采用正交函数序列作为副载波，相邻子载波的频谱主瓣互相正交并重叠，载波间隔达到最小，这使得OFDM技术在使用相同频带时具有更高的频谱利用率。 抗码间干扰（ISI）能力强 在电力线信道中，由于存在多径效应，多个信号在不同的路径传输，所以到达接收机时

10、会有一定时延，这就造成ISI。 OFDM将高速的串行数据分割为N个子信号，这样分割后码元的速率降低了N倍。周期延长N倍。同时再在码元问加入保护间隙和循环前缀，这样只要数字码元周期大于最大延时时间就可以有效抑制ISI干扰。 11.1 电力线接入概述 11.2.1 11.2.1 电力线通信技术电力线通信技术 2. OFDM技术技术(3) OFDM技术的缺点 对频率与定时的要求特别高，同步误差不仅造成输出信噪比下降，还会破坏子载波间的正交性，造成载波间干扰，从而大大影响系统性能； OFDM信号的峰值平均功率比往往很大，使其对放大器的线性范围要求高，同时也降低放大器的效率。11.1 电力线接入概述 1

11、2.2.2 12.2.2 电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术与其他接入技术对比 11.1 电力线接入概述 接入方式电力线网以太网布线802.11b无线网VDSL上网网络带宽 200M 100M 54M 12M 网络传输介质 电力线 双绞线 无线传输 电话线 室内布线无需 需进行布线 无需 需要在室内电话端加装分频器，如不安装，上网同时不能打电话 通讯可靠性通讯可靠性 好 好 不好，通信稳定性较差，设备距离不好控制，不能穿透钢筋混凝土墙体 好 设备电力猫 普通网卡 无线网卡 VDSL MODEM 客户端移动可移动到任何有电源的地方 不可随意移动 可随意移动 不可随意移动 系统投资 低

12、 高 高 高 12.2.2 12.2.2 电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术的优势如下：电力线接入技术的优势如下：1. 操作简单 直接插上连接好硬件设备便可以使用，不需要安装任何软件与驱动程序。 2. 通用性强 电力线接入可以为家庭，中小型办公室提供局域网组建服务，可支持同时连接数十台网络设备。3. 可跨机拨号 一些局域网中，只能由一台特定的机子拨号上网，也被称为专机拔号，而电力线接入可以轻易解决此类问题实现跨机拨号。 11.1 电力线接入概述 12.2.2 12.2.2 电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术

13、的优势：电力线接入技术的优势：4. 信号强 电力线接入对于网速的保持极佳，数据包的丢失与延迟误差都极小；不存在盲点和死角。5. 传输距离远 电力线接入在一个电表下信号的传输几乎不受距离的限制，可以超过5米，效果比无线局域网还好。6. 健康环保 电力线接入没有无线电磁波的影响，令人害怕的无线电磁波健康的影响，让客户没有健康的疑虑，特别适合用于医院或是有无线干扰扰等的使用单位来使用。 11.1 电力线接入概述 12.2.2 12.2.2 电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术的优势：电力线接入技术的优势：7. 应用范围广 电力网是覆盖范围最广的网路，它的规模

14、是其他任何网路都无法比拟的，电力线接入可以轻松地渗透到每个家庭或企业用户，为互联网的发展创造极大的空间。8. 高速率 电力线接入能够提供85Mbps或200Mbps高速的传输速率，远远高于拨号上网、ISDN 和ADSL，足以支援现有网路上的各种应用。9. 永远在线 电力猫属于即插即用设备，不需要繁琐的拨号，接入电源插座就等于接入网路。在室内组网方面，电信 MOD 、电脑、印表机、 VoIP 电话、XBOX 和其他各种智慧控制设备 ( 例如智能家电 ) 都可通过普通电源插座，由电源线连接起来，高速共用Internet网路资源。11.1 电力线接入概述 12.2.2 12.2.2 电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术与其他接入技术对比电力线接入技术的优势：电力线接入技术的优势：10. 便捷安全 电力猫只需插入电源插头即可，方便连接到 Internet 网，不管在家里的哪个角落电力猫只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有WD-85M电力猫带来的高速网路享受。11. 支持加密技术 电力猫具备56-bit DES（ Data Encryption Security ）资料加密保护功能，可以保障使用者的文件和周边设备的安全。12. 不需