PLC發(fā)展原理與適用場景精要

1、PLC技術(shù)的發(fā)展簡史電力線通信技術(shù)出現(xiàn)于 20世紀(jì)20年代初期，由于歷史技術(shù)水平和應(yīng)用需求的限制，最初的電力線只是用作傳輸?shù)退傩盘?，最早的?yīng)用實(shí)例是電力線電話。2000年起，由于互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，電力線通信技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)、靈活、方便的特點(diǎn), 得到了真正意義上的全球性發(fā)展，高速PLC開始出現(xiàn)(1Mbits/s )。2000年，由思科、英特爾、惠普、松下和夏普等13家公司成立家庭插電聯(lián)盟”(HomePlugPowerline Alliance ),致力于創(chuàng)造共同的家用電線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前該組織已發(fā)展到近百家公司。2001 年6月，HPA (家庭插電聯(lián)盟)發(fā)布了其標(biāo)準(zhǔn)的第1個版本 Home-P

2、lugSpecfication1.0 ,將數(shù)據(jù)傳輸速率定為14Mbit/s ,采用OFDM 調(diào)制解調(diào)技術(shù)，MAC層協(xié)議為CSMA/CA?；谠摌?biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的高速 PLC產(chǎn)品占有早期市場的大量份額。2005年以后，歐盟及美國政府已明確表示支持高速PLC技術(shù)的使用。已有數(shù)百萬電力線高速通信產(chǎn)品用于室內(nèi)、辦公室聯(lián)網(wǎng)，電力線高速接入在多個國家已達(dá)數(shù)百個網(wǎng)絡(luò)。2009年，IEEE通過了 P1901草案，意味著全球首個電力線寬帶標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的第一份草 案已經(jīng)獲得通過。2010年后，P1901草案獲得批準(zhǔn)，正式成為全球第一個電力線寬帶通信的標(biāo)準(zhǔn)。支 持該協(xié)議的主要芯片廠家 intellon 立即推出了相關(guān)芯片產(chǎn)品。

3、其發(fā)布的HomePlug AV 及HomePlug BPL 標(biāo)準(zhǔn)成為新的國際主流芯片。2011年，intellon 公司被高通公司收購?；仡?001年-2010年，期間PLC技術(shù)形成了 3個主流標(biāo)準(zhǔn)，其對應(yīng)的成員公司代表 如下：? 家庭插電聯(lián)盟(HomePlug Association, HPA )，代表性廠家是美國 Intellon? 通用電力線聯(lián)盟 (Universal Powerline Association, UPA)代表性廠家是西班牙DS2? 消費(fèi)電子電力線通信聯(lián)盟 (CE-Powerline Communication Alliance, CEPCA),主要代表性廠家是日本Pan

4、asonic日本Panasonic 由于是HPA成員，其在 P1901草案通過后將支持的技術(shù)過度到了 P1901上來，P1901標(biāo)準(zhǔn)由于成員廠家眾多(涵蓋思科、Comcast、通用電氣、英特爾、LG電子、摩托羅拉、RadioShack 、三星電子、夏普美國實(shí)驗(yàn)室和德州儀器( TI )等等)，成為主流標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)圖：14Mbps200500Mbps J大 FIGbps市場分布圖:OthersSPiCtOMIntelion64%國內(nèi)高速 PLC的研究也基本是從2000年開始，上一代的PLC芯片，主要以HomePlug1.0規(guī)范為主，物理層速率多是14Mbps ,當(dāng)時由于整體技術(shù)的不成熟，速率低、

5、抗干擾能力低、通訊距離短，在國內(nèi)應(yīng)用市場曇花一現(xiàn)后轉(zhuǎn)入了研究層面。PLC技術(shù)基本原理PLC的核心原理是利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有信息的高頻加載于電流，然后在電力線上進(jìn)行傳輸。在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號取出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。PLC設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器（終端），局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時，來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后， 通過用戶的配電線路 傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。具體的電力線載波雙向傳輸模塊的設(shè)計(jì)思想：由調(diào)制器、振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)

6、、耦合電路和解調(diào)器等部分組成的傳輸模塊，其中振蕩器是為調(diào)制器提供一個載波信號。在發(fā)射數(shù)據(jù)時，待發(fā)信號從 TXD端發(fā)出后，經(jīng)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)信號送到功放級進(jìn) 行放大，再經(jīng)過 T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)和耦合電路把已調(diào)信號加載到電力線上。接收數(shù)據(jù)時，發(fā)射 模塊發(fā)送出的已調(diào)信號通過耦合電路和T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)進(jìn)入解調(diào)器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后提取原始信號，并將原始信號從RXD端送到下一級的數(shù)字設(shè)備中。從目前的發(fā)展階段來看，電力線通信的技術(shù)涵蓋了以太網(wǎng)技術(shù)與電力技術(shù)及一些特殊的 通信編碼調(diào)制技術(shù)。 PLC在OSI的第二層以上符合標(biāo)準(zhǔn)的 802.3以太網(wǎng)規(guī)范。以太網(wǎng)是以 點(diǎn)對點(diǎn)方式傳輸 802.3格式幀的網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)

7、數(shù)據(jù)幀均遵從IEEE發(fā)布的802.3標(biāo)準(zhǔn)。PLC則是以太網(wǎng)的一個分支， 區(qū)別在于在物理層中介質(zhì)更換為電力線，并且在第二層上采用了基于CSMA/CA的廣播共享方式。為了解決在強(qiáng)電環(huán)境下對高頻數(shù)據(jù)通信的干擾，HomePLUG規(guī)范中引入了 OFDM調(diào)制方式，并且在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中保證了與國際電磁兼容的適配，以避免電磁泄漏對通信及其他設(shè)備電器的影響。CSMA/CA :載波監(jiān)聽多路訪問/沖突防止，由于電力線通信技術(shù)基于民用家庭（辦公） 電線，因此無法為每一個端站劃分獨(dú)立的物理信道，從而 PLC只能基于共享方式。這樣沖 突就不能避免，而電力線的拓?fù)洵h(huán)境比較隨意無序，因此傳統(tǒng)的沖突檢測難以進(jìn)行，因此引入了新的協(xié)議

8、：CSMA/CA ,該協(xié)議的目的不是為了檢測沖突，而是籍由劃分時間段的方法 來避免沖突。OFDM :正交頻分復(fù)用，OFDM是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳 輸?shù)募夹g(shù)措施，HpmePLUG 1.0的規(guī)范覆蓋4-21MHz的通信頻段，在這個頻段內(nèi)劃分了 84個OFDM通信信道，。OFDM的原理是幾個通信信道按90度的相位作頻分，這樣的結(jié)果是當(dāng)某一個信道波形過零點(diǎn)時相鄰信道的波形恰好是幅值最大值，這樣就保證了信道間的波形不會因外來的干擾而交疊，串?dāng)_。HomePLUG是歐洲電力線聯(lián)盟專為家庭電力環(huán)境下開發(fā)的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此在辦公 及居民家庭環(huán)境下使用 HomePLUG的產(chǎn)品與技術(shù)沒有任

9、何限制； 而當(dāng)在樓宇接入的環(huán)境下 使用時，HomePLUG并不建議使用純電力環(huán)境來架設(shè)PLC網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)的解決方法是使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)介質(zhì)來連接大樓內(nèi)的多個PLC網(wǎng)絡(luò)。PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用 GMSK或OFDM調(diào)制技 術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線上進(jìn)行傳輸，在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號。目前可達(dá)到的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5M75M之間。三PLC技術(shù)的適用場景海億康電力線寬帶解決方案，是海億康科技針對運(yùn)營商和集團(tuán)用戶，基于HomePlugAV/IEEE P1901 標(biāo)準(zhǔn)，通過無處不在的低壓電力線這個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)， 提

10、出的新一代 端到端解決方案，可廣泛應(yīng)用在小區(qū)、寫字樓和酒店等環(huán)境中的用戶接入，具有可運(yùn)營、可管理、投資少、部署快、高帶寬、高容量等特點(diǎn)。解決方案由：統(tǒng)一網(wǎng)管、局端設(shè)備、用戶終端設(shè)備組成，統(tǒng)一網(wǎng)管可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理；局端設(shè)備負(fù)責(zé)管理終端設(shè)備的接入；用戶終端可以為用戶提供包括以太網(wǎng)、WiFi等多樣的上網(wǎng)服務(wù)。針對不同容量，不同用戶數(shù)的需求，海億康提供了200Mbps和500Mbps兩套產(chǎn)品，同時計(jì)劃推出1Gbps的產(chǎn)品，通過這個產(chǎn)品系列，可以滿足低容量、低成本和高帶寬、高 性能等多樣化的用戶需求。海億康的局端設(shè)備和統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)是作為新一代解決方案區(qū)別于傳統(tǒng)電力線上網(wǎng)方案 的本質(zhì)特征，通過局端設(shè)備，統(tǒng)

11、一網(wǎng)管可以方便的對實(shí)現(xiàn)局端對終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理：主要包含局端設(shè)備配置管理、終端設(shè)備配置管理、性能統(tǒng)計(jì)、故障管理、安全管理、查詢等內(nèi)容。統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的 SNMP三層協(xié)議的同時， 集成了海億康獨(dú)有的 HCMP二層 網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，可以自適應(yīng)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的完全管理。海億康電力線寬帶解決方案，在向用戶提供低投入、 高效益的用戶接入方案的同時，緊跟國際主流的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)， 充分考慮保護(hù)用戶的投資，以及未來的擴(kuò)容、設(shè)備兼容性等需求。方案的整理架構(gòu)圖如下：9小區(qū)配電統(tǒng)招盛t'H&TTHtin口口口口 二 on 門口口口口 田口口” hDUQtJ 口 口口口 二口口

12、口口 二 on 口口口 口口(D高層住宅小區(qū)定義：各類型高層住宅小區(qū)。特征：新建的高層住宅樓高度為十幾到二十幾層，住戶密度大且集中，每棟樓內(nèi)大約有150 到 200 戶。其低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是： 樓內(nèi)地下室通常有獨(dú)立的配電間，一臺配電變壓器將10KV電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?20V民用電壓。樓內(nèi)有多條電力線通向住戶，每條電力線為一層或相鄰幾層的住戶輸電。電力線三相負(fù)載基本平均， 樓層的豎井有配電箱，箱內(nèi)有樓層總電表和各戶的分電表。按照50%業(yè)務(wù)滲透率，可以 23層每40戶共用一個電力橋?；鹜疲?；零線以仄網(wǎng)戰(zhàn)(2)低層多單元板樓定義：各類型低層多單元板樓。特征：住宅樓每棟在 10層以下，分為多個單元，每個單元有獨(dú)立的樓梯，每層26戶。樓中通常有 6080住戶，大一些的可達(dá) 100戶。其低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：一臺配電變壓器負(fù)責(zé)56棟樓，每單元有一條電力線從底層一直到達(dá)頂層，一層有單元所有用戶的總電表。組網(wǎng)方案：以配電網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)劃分為基礎(chǔ)，一個單元放置一臺PLC局端設(shè)備，用戶共享電力線。用戶較少時，可以擴(kuò)大共享范圍，幾個單元甚至幾棟樓實(shí)現(xiàn)共享。 當(dāng)用戶增多時，再根據(jù)用戶的分布， 適當(dāng)增加局端設(shè)備， 靈活劃分共享范圍。 該方案針對用戶相對集中、上 網(wǎng)需求一般的住宅樓。按照50%業(yè)務(wù)滲透率，可以根據(jù)需要每棟樓共用各用一個電力橋。(3)高層多單元板樓定義：各類型高層多單元板樓。特征：高層多單元板樓在同一單元