电力通信：解决小区宽带接入的方案.docx

摘要：本文将简要介绍电力线通信行业标准进展过程，并具体论述了 PLC 技术与WLAN 、EPON 技术相融合的创性 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展了简析，文章最终列举了典型的应用案例，具体呈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. 昆山网电科技 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，宣布了我国正式开头迈入后光纤的时代，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、光纤铺设本钱高，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头逐步推动光进铜退，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本钱的压力。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。从依据国内宽带用户及运营商现状的实际状况动身，昆山网电科技依据自身的电力线通信技术优势，为各大运营商供给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，无须进展现有线路改造施工，毫不费力地就能跨过了最终100 米接入难的鸿沟，且其建设本钱远低于FTTH。2、国内市场巨大，光铜并肩进展由于端到端较高的投资本钱拉长了FTTH 的回报周期，而且关键器件等维护也牵涉到今后的运营本钱。 FTTH 建网本钱是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行替代的本钱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 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 线，或者是电视的有线电视线同轴线，却无视了遍布家庭最广泛的线电力线，电力线是家里面最根底的线，但它的掩盖面之广却是其他网络所无法比较的。二、电力线通信行业进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进展历史，在技术进展的各个阶段，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 进展到 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。2023 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。2023 年 2 月，IEEE 已经完成最初草案并公布，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 月份公布了标准P1901 的正式版。三、PLC 将 WLAN 与 PLC、EPON 技术完善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，掩盖重要公共热点区域，分流3G 网络的热点数据流量，降低网络建设本钱，改善用户体验。而目前的WLAN 建设则主要以室内掩盖为主，基于 802.11a/b/g/n 标准，使用 2.4G/5.8G 频段；掩盖方法主要使用传统的室分系统对目标区域进展掩盖，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，由于装修及美观等缘由，线路难以布设至目标掩盖区域，假设承受传统的室内分布系统在房间外布放天线进 行掩盖常常很难到达抱负的掩盖效果，尤其对于一般的家庭用户来说，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性的将WLAN 与 PLC 技术相融合，完善解决了 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局部组成，下文将对局端电力网桥、无线电力猫和电感耦合单元三局部做具体介绍。（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会聚设备, 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、可治理的宽带接入网络。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，通过承受OFDM 技术使其能够在简单的网络环境中进展牢靠的数据传输。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 单元完善支持目前 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承受电感式耦合器，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展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展滤波和自适应功率放大，再从 PLC 信号接口耦合到电力线进展传输；无线电力猫终端将电力线上PLC 信号提取出来，进展滤波和自适应功率放大后解调、A/D 转换、最终复原为以太网数据并且通过AP 模块播送无线信号，从而实现借助电力线解决WLAN 入户掩盖。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承受点对多的拓扑构造，承受 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 系统的上下行数据承受了不同的传输方式，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安排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)播送到每个电力猫终端，当数据信道到达电力猫终端时，会依据 TEI 在物理层上做出推断，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 设备承受了格外高效的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恳求ARQ 牢靠传送。其中，TDMA 面对连接，供给QoS 保障， 确保带宽预留、高牢靠性和严格的时延抖动掌握；CSMA 面对优先级，供给四级优先级。局端电力网桥掌握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蔽节点效劳。局端电力网桥除了供给无线电 力猫终端网络集中与接入外，还承受VLAN 和 QOS 技术，能够对用户的数据、语音和视频业务进展精细化治理，可以针对用户的不同业务需求进展带宽安排和治理配置，并且承受黑白 名单的方式对终端用户进展治理。全部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，这可以有效避开用户之间的 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旧需要依靠骨干网络，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，供给宽带接入业务，就必需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，全部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全部，上海电信亦在2023 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预临时还不会有定论。2.技术层面：国电通信中心几年前曾经牵头在北京、深圳等地进展过大规模的电力线 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 否认评价，我们暂且不争论其运营模式，就从技术层面对当时的失败进展一个简洁的分析。“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 以在网上随处搜寻到，全部用户对这样的效劳投诉不断。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状况。常言道，科技转变人类生活，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， 纵观其进展的十几年历程，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 等竞相公布 PLC 通信的标准，我们暂且不争论以往技术的缺陷或者说以往技术的不完善。目前昆山网电的 PLC 设备在物理层承受具有高级前向纠错、通道预估和自适应力量的 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力量，如调光灯、充电器等产生的谐波，并且承受了先进的 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 系统的完善融合。四、案例共享昆山网电WLAN 入户 PLC 解决方案经典案例背景：2023 年，中国移动某城市分公司PLC 无线宽带工程是昆山网电WLAN 入户PLC 解决方案第一个大规模应用的缩影。此工程起始于2023 年的 4 月份，并且是以联合争论课题的形式开展基于PLC 技术的无线宽带掩盖模式联合争论工程，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技术的无线宽带掩盖模式的初步技术验证测试，在技术验证测试过程，觉察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，牢牢把握住了此次时机，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根底。1. 中国移动分公司基于PLC 技术的无线掩盖工程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 无线宽带掩盖，系统的架构如以下图 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播送中国移动某分公司的 CMCC 信号，从而实现基于 PLC 系统的 WLAN 无线宽带入户掩盖。2. 中国移动某分公司的WLAN 入户 PLC 解决方案优劣比照相比 WLAN 室分掩盖，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， 亦有不行比较的优势：1)本钱低：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 线、光电缆等，大大削减了在根底网络上的投资；对用户而言，通过 电力线上网，无需通过 线，相对削减了通话费用，且享受到价格优待的互联网接入效劳。2)掩盖广：无所不在的电力线网络是此方案的优势，电力线是最根底的网络，它的规模之大是其他网络所无法比较的，运营商可以轻松地将网络接入效劳渗透到每个家庭。此方案将会促进电信级运营商市场的进展，并为WLAN 普及带来极大的进展空间。3)传输速率高：利用电力线上网能够为用户供给高速的数据传输速率，信息传送速度 可到达 200Mbit/s，甚至后续平滑升级到 500Mbit/s，满足一般家庭的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掌握自己家里的电器设备。当今， 随着物联网时代的降临，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，无线高速接入互联网就能解决这个问题。5)施工快捷：承受 PLC 解决方案，一线两用，本钱低，在网络传输资源到位的状况下， 全网掩盖小区的一栋住宅楼，只需要几个小时的时间。无论在施工时间上，还是施工难度上， 其他的解决方案都与此方案无法比较。6)售后压力小：无线电力猫终端属于家庭里的终端产品，虽然产品需求数量巨大，但 是由于其资产属性属于用户端，用户也即插即用，运营商不必时刻支付昂扬的设备运维费用。运营模式类似中国电信的Modem，终端用户可以依据产品的质量状况和使用时间，依据业务 协议进展退换或者购置，售后压力格外小。3. WLAN 无线宽带入户PLC 解决方案进展前景紧接中国移动某分公司承受昆山网电WLAN 无线宽带入户PLC 解决方案大规模商用之后， 该省的其他地市也间续开启相像的工程对住宅小区等家庭用户进展WLAN 无线掩盖，都已进展较大规模的设备招标，比方某城市的移动分公司也因受到无法进展室分解决WLAN 无线掩盖问题的困扰而承受昆山网电的PLC 解决方案，进展了多个五星级酒店的工程试点。与此同时，其他省份，也纷纷表示对该方案的兴趣，并对方案和产品进展了初步了解，并且局部地 区进展了VIP 区域的试点。方案总结：此方案承受的 PLC 技术经过数年技术的高速进展，抑制种种困难，解决样样隐患，已有不行比较的优势。总之，随着中国WLAN 无线宽带运营模式的推动和千万户家庭对无线宽带的业务的需求，越来越多的厂家开头了对 PLC 技术的争论和方案供给，我们信任基于 PLC 技术的WLAN 入户解决方案会在中国得到越来越广泛的应用。