PLC技术组建宽带接入网技术研究

林斯

（杭州师范大学钱江学院 计算机科学与技术专业，浙江 杭州 310012）

1 引言

电力线载波通信(PLC)利用输电线路作为信号的传输媒介，人们利用电力线可以传输电话、电报、远动、数据和远方保护信号等。由于电力线机械强度高，可靠性好，不需要线路的基础建设投资和日常的维护费用，因此PLC具有较高的经济性和可靠性，在电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及各种信息传输方面发挥了重要作用。随着电力部门逐步实现调度自动化和管理现代化，PLC日益受到重视。而且随着家庭自动化和智能大楼概念的出现，PLC能方便地为各种设备 (如警报系统的传感器)提供通信链路。近年来低压PLC作为最后一公里的一种解决方案也己经取得成功，特别是在小区内采用低压网作为局域网的接入方案已经投入使用。

2 现有组网方案与协议

电力线通信是使用低压民用电线来传输网络数据的通信技术，从目前的发展阶段来看，电力线通信的技术涵盖了以太网技术与电力技术及一些特殊的通信编码调制技术。PLC在OSI的第二层以上符合标准的802.3以太网规范。以太网是以点对点方式传输802.3格式帧的网络，以太网数据帧均遵从工EEE发布的802.3标准。PLC则是以太网的一个分支，区别在于在物理层中介质更换为电力线，并且在第二层上采用了基于CSMA/CA的广播共享方式，在此规范下欧洲电力线联盟HomePLUG 1.0的通信速率为14M bps。

HomePLUG是欧洲电力线联盟专为家庭电力环境下开发的通信标准规范，因此在办公及居民家庭环境下使用HomePLUG的产品与技术没有任何限制;为了解决在强电环境下对高频数据通信的干扰，HomePLUG规范中引入了OFDM调制方式，并且在标准规范中保证了与国际电磁兼容的适配，以避免电磁泄漏对通信及其他设备电器的影响。

CSMA/CA:载波监听多路访问/冲突防止，由于电力线通信技术基于民用家庭(办公)电线，因此无法为每一个端站划分独立的物理信道，从而PLC只能基于共享方式。这样冲突就不能避免，而电力线的拓扑环境比较随意无序，因此传统的冲突检测难以进行，因此引入了新的协议:CSMA/CA，该协议的目的不是为了检测冲突，而是籍由划分时间段的方法来避免冲突。

OFDM:正交频分复用，OFDM是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施，HpmePLUG 1.0的规范覆盖4-21MHz的通信频段，在这个频段内划分了84个OFDM通信信道，。OFDM的原理是几个通信信道按90度的相位作频分，这样的结果是当某一个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值最大值，这样就保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠，串扰。

3 利用PLC组网技术

3.1 组网原理

在楼宇接入的环境下使用时，HomePLUG并不建议使用纯电力环境来架设PLC网络。相应的解决方法是使用标准的以太网介质来连接大楼内的多个PLC网络。

PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M-45M之间。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

国内的低压配电网络结构复杂，不同楼层、不同建筑时期的楼宇配电网结构都不相同，接入方案尚无法统一。PLC网络结构灵活，可根据用户数的数量做出相应的改变。根据配电网线路、楼宇结构和用户的特点，住户小区接入方案可分为高层住宅楼、低层住宅楼两种典型情况考虑。

(1)低层住宅组网

楼宇结构特点:底层住宅楼每栋有5到6层，分为多个单元，每个单元有独立的楼梯，每层2-4户。楼中通常有60-80住户，大一些的可达100户。低压配电网结构:一台配电变压器负责5-6栋楼，每单元有一条电力线从底层一直到达顶层，在每楼层有该层用户的电表，一层有单元所有用户的总电表。组网方案:采用FTTZ+PLC或光纤到变压器++PLC的方案。以配电网物理网络划分为基础，一个单元放置一台PLC局端设备，用户共享电力线。用户较少时，可以扩大共享范围，几个单元甚至几栋楼实现共享。当用户增多时，再根据用户的分布，灵活划分共享范围。PLC Modem通过USB,RJ45等接口与用户计算机相连，保证端到端2Mbps带宽，多个PLC Modem可组成小型局域网。该方案针对用户相对集中、上网需求较少的住宅楼。

(2)高层住宅组网

楼宇结构特点:新建的高层住宅楼高度为十几到二十几层，住户密度大且集中，每栋楼内大约有150到200户。低压配电网结构:楼内地下室通常有独立的配电间，一台配电变压器将lOKV电压转变为220V民用电压。楼内有多条电力线通向住户，每条电力线为一层或相邻几层的住户输电。电力线三相负载基本平均，楼层的竖井有配电箱，箱内有楼层总电表和各户的分电表。组网方案:接入采用FTTB+PLC的方案，光纤到小区，光纤到楼。楼内采用PLC接入，以配电网物理网络为基础，将配.电网分为不同的用户接入共享区域，根据实际情况确定接入方案。PLC局端设备放在地下室的配电间内，使用同一条电力线的一层或相邻几层用户作为一共享区域，共用一台PLC局端设备。若用户较少，可将多个共享区域合并，连接到同一台设备。如将用户按三相线路划分，使用A相线路的用户共享A相电力线;甚至可以让全楼的用户共享同一条电力线。这样可在保证用户上网带宽的同时，使设备保持较高的利用率。用户增多后，可方便的把共享区域分开，对原有用户的使用不会产生影响。用户端设备PLC Modem从电力线中分离出数据信号，通过USB,RJ45等接口与用户计算机相连，保证端到端2Mbps带宽。多个PLC Modem可组成小型局域网。该方案主要针对用户居住集中、上网率高的小区高层住宅楼，可结合远程抄表、家政自动化等应用。

3.2 设计方案

3.2.1 多层住宅楼设计方案

对于多层住宅楼，供电方式一般采用每单元三相四线制，再以单相方式通过电表平衡供电给每个用户，单元内每户电表集中在1至2个电表箱内，安装时分别给每个单元配备一台FPC-10MB型电力桥集器，采用信号回路迂回至电表箱，分别在用户电表后端利用LB-O1型电力线祸合器将信号祸合到供电线路，此方案信号加入后不受电表的强磁场干扰，信号分配均匀，受电源总负荷变化的影响力小，同时在每台网桥前配备一台IP路由器，进行网段隔离，提高用户使用网络的安全性，最后数据网线汇总到交换设备连接外网。用户终端采用FPM-lOM A型电力调制解调器，并提供一根USB数据线及一个USB接口和一个两针Power Line接口。

3.2.2 高层住宅楼设计方案

对于高层住宅，供电方式一般采用总电源三相四线制，到每一层再分配单相供电，用户供电回路有电度表，强磁场会对信号产生干扰，在每层用户数量一定的情况下，采用每四层安装一台FPC-lOMB型电力桥集器，用信号线回路连接四层的配电箱，在用户电表后端利用LBOl型电力线祸合器将信号祸合到用户供电线路，同时在每台网桥前配备一台IP路由器，进行网段隔离，提高用户使用网络的安全性。此方案信号加入后不受电表的强磁场干扰，信号分配均匀，受电源总负荷变化的影响力小，同时建议将主干线和交换设备放置在高层住宅楼的中间层，使数据线或信号线上下分配，最小程度的减少数据的传输路径，最后数据网线汇总到交换设备连接外网。用户终端采用FPM-lOM A型电力调制解调器，并提供一根USB数据线及一个USB1.1接口和一个两针Power Line接口。

[1]赵强.电力线高速通信技术初探.电力系统通信.2003

[2]李宏乔.宽带网络技术原理.北京:机械工业出版社，2002.

[3]赵丙镇，王丽平.高速PLC技术应用前景十分看好.中国电力报.2001