電力線通信是通過電力線載波方式來傳送網絡信息,其歷史可追溯到20世紀20年代。那時,主要集中在11kV以上的高壓遠距離傳輸,工作頻率為150kHz以下,該頻段成為歐洲電技術標準化委員會電力線通信的正式頻段。到20世紀50年代,低頻高壓電力線通信技術已廣泛用于監控、遠程指示、設備保護以及語音傳輸等領域。50年代后至90年代早期的30多年,電力線通信開始應用在中壓和低壓電網上,其開發工作主要集中在電力線自動抄表、電網負載控制和供電管理等領域,但并沒有導致電力線通信大量的產品及服務的出現。
電力線通信面臨的問題
電力線是一種分布非常廣泛的線路資源。長久以來,人們一直試圖通過它傳輸數據和語音信號。但由于電力線通信環境惡劣,許多技術問題一直困撓人們。其中,最主要的問題在于噪音和信號衰減。電力線通信的噪音主要來自于低壓電網相連的負載,以及無線電廣播的干撓;而信號的衰減是與通信信道的物理長度和低壓電網的阻抗匹配相關的。由于負載的開關會引起電力線上供電電流的波動,從而導致在電力線的周圍產生電磁輻射,所以,沿電力線傳送數據時,會出現許多意想不到的問題。在這樣的噪聲環境下,很難保證數據傳輸的質量。而且,電力線通信的噪音和信號衰減是隨時間變化的,很難找到規律。因此,電力線通信的環境極為惡劣。
電力線通信的關鍵技術
目前,新的技術可以解決以往存在的許多問題。采用正交頻分復用技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM),可以在同一電力線不同帶寬的信道上傳輸數據。主要是把有效的頻譜分成許多小的信道。它們相互重疊,并且在空間上彼此正交。重疊越大,分成的信道數也就越多。每個信道提供一個低的數據速率,所有信道加在一起就可以獲得較高的數據速率和更有效的頻譜利用率。OFDM已廣泛用于DSL技術和陸基無線電視發送系統。不過,相對這些技術而言,在電力線通信中,OFDM工作于突發模式而非連續模式。除此之外,電力線通信還采用了前向糾錯、交叉糾錯、自動重復請求和TPC編碼等技術來保證通信信道的穩定可靠。電力線通信的介質訪問控制(MAC)協議采用載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)協議,并增加了支持優先級、公平競爭和延遲控制等功能,因此,可以突破低壓電力線通信的許多技術障礙。
電力線改變一切
在室內,計算機、打印機、電話、傳真機、信息家電和各種智能設備都能通過普通電源插座,由已有的電力線連接起來,組成局域網,現有的各種網絡應用都能通過電力線向用戶提供,這一切的改變都源自于電力線。 早先的電力線通信主要集中在高壓遠距離傳輸,后來,低頻高壓電力線通信技術廣泛用于遠程控制、設備保護和語音傳輸等領域。再后來,電力線通信開始應用于中壓和低壓電網。隨著因特網應用的不斷擴展和各種新技術的出現,電力線通信開始應用于高速數據接入和室內組網,通過電力線載波方式傳送語音和數據信息,把電力網用于網絡通信,以節省通信網絡的建設成本。
電力線通信用于接入方案
電力線通信是接入網的一種替代方案,這對網絡運營商非常重要,這是因為:1.通信市場有50%的投資用于接入網;2.在很多國家,電信管制解除后,接入網的線路資源還歸以往運營商所擁有,新興運營商于是試圖尋找一種新的解決方案,向用戶提供網絡接入服務,以打破傳統運營商對最后一公里的壟斷;3.新型電信業務的快速發展導致了接入網傳輸容量需求的急劇增加。
目前,開展接入網業務有兩種方式:一種是建立新的網絡,另一種是利用已有的線路資源。第一種方式可通過無線、新敷電纜或光纖等方法實現,無線方式需要射頻轉換的硬件,由于成本較高,難以得到大面積推廣,只能作為有線接入的一種補充;新敷電纜或光纖需要重新布線,費時費力,并給用戶帶來諸多不便。因此,利用現有線路資源是比較理想的解決方式。
現有線路資源主要有:電話線、有線電視網和電力線。電話線和有線電視網的接入線路資源歸傳統的運營商所擁有,而且相對于電力線而言,其線路覆蓋范圍要小得多。在國內,除了特別偏僻的山區外,電力線幾乎無所不在,在每個家庭的每個房間,至少都有一個以上的電源插座,這對開展接入業務而言非常方便。 在室內組網方面,計算機、打印機、電話和各種智能控制設備都可通過普通電源插座,由電力線連接起來,組成局域網。現有的各種網絡應用:如話音、電視、多媒體業務、遠程教育等,都可通過電力線向用戶提供,以實現接入和室內組網的多網合一。因此,電力線通信在家庭組網和接入等方面將大有可為。電力線通信將在一個較短的時間內,達到數10億美元的產值,而且會像20世紀50年代的電視那樣,影響每個家庭。
電力線通信環境分析
電力線通信的環境比電話線和有線電視網要惡劣得多。
電力線接入是把戶外通信設備插入到變壓器用戶側的輸出電力線上,該通信設備可以通過光纖與主干網相連,向用戶提供數據、語音和多媒體等業務。在通信設備內部,高頻網絡信號與50/60Hz低頻電信號一起,耦合到用戶端電力線上,由此可把通信網、電力輸送網和用戶駐地網連接起來。戶外設備與各用戶端設備之間的所有連接都可看成是具有不同特性和通信質量的信道,如果通信系統支持室內組網,則室內任兩個電源插座間的連接都是一個通信信道。因此,低壓電力網有多個通信信道。通信質量的好壞與通信信道直接相關,很大程度上取決于接收端的噪音水平和不同頻率信號的衰減。噪音越大,在接收端將越難提取出有用的信號;同樣,如果信號從發送端到接收端的傳輸過程中發生衰減,在接收端,信號可能被淹沒在噪音之中,也很難提取出有用的信號。
電力線通信的噪音主要來源于與低壓電網相連的所有負載以及無線電廣播的干擾等,由于負載的開關會引起電力線上電流的波動,使得電力線的周圍會產生電磁輻射,所以,沿電力線傳送數據時,會出現許多意想不到的問題。另外,信號衰減與信道的物理長度和低壓電網的阻抗匹配情況有關,由于低壓電網上負載的開關是隨機的,因此,其阻抗是隨時間而變化的,很難進行匹配。所以,電力線通信的環境極為惡劣,在這樣惡劣的環境下,很難保證數據傳輸的質量,必須采用許多相關的技術加以解決。