電力通信：解決小區(qū)寬帶接入的方案.doc

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摘要：本文將簡要介紹電力線通信行業(yè)標準發(fā)展過程，并詳細論述了PLC技術與WLAN 、EPON技術相融合的創(chuàng)新性 WLAN (寬帶入戶）解決方案，以及對該方案的系統(tǒng)組成、通信機制及影響因素進行了簡析，文章最后列舉了典型的應用案例，具體展現(xiàn)了該方案的優(yōu)越性。 關鍵字：PLC；電力線通信；無線寬帶入戶；WLAN；EPON. 作者：昆山網(wǎng)電科技有限公司 PLC研發(fā)工程師 一、電力線通信行業(yè)背景及遇到的問題 隨著4月1日，由國家兩部委共同編制的兩項關于“光纖入戶”的國家標準正式實施，宣布了我國正式開始邁入后光纖的時代，然而在各運營商爭相喊出“寬帶提速，去銅換光”的口號用于搶占市場的時也遇到居多現(xiàn)實的問題，具體問題如下： 1、光纖鋪設成本高，銅線資源豐富成關鍵 在寬帶提速大背景下，國內的各大電信運營商開始逐步推進光進銅退，轉向FTTH的光纖接入方式。但同時， 運營商也面臨著光纖入戶的部署施工的難題和成本的壓力。對于運營商而言，如何去利用現(xiàn)有的資源發(fā)揮更大的價值是一項重要課題。從根據(jù)國內寬帶用戶及運營商現(xiàn)狀的實際情況出發(fā)，昆山網(wǎng)電科技有限公司根據(jù)自身的電力線通信技術優(yōu)勢，為各大運營商提供了一套完整的銅線（電力線）入戶的解決方案。因市場的需要，能與FTTH的速率相媲美的PLC技術，作為充分利用短距離銅纜高速傳輸?shù)挠行Ъ夹g，再次受到了運營商的高度關注。據(jù)了解，相比較于FTTH,PLC的理論速率可達170Mbps。同時，PLC可以充分利用現(xiàn)有的銅纜資源，無須進行現(xiàn)有線路改造施工，毫不費力地就能跨過了最后100米接入難的鴻溝，且其建設成本遠低于FTTH。 2、國內市場巨大，光銅并肩發(fā)展 由于端到端較高的投資成本拉長了FTTH的回報周期，而且關鍵器件等維護也牽涉到今后的運營成本。 FTTH建網(wǎng)成本是PLC 的4倍。在寬帶普及提速的現(xiàn)實需求下，對于光纖布放困難、寬帶滲透率低的區(qū)域有著不可替代的成本優(yōu)勢和先天的施工優(yōu)勢。 對于寬入戶問題，南方電信和北方聯(lián)通都可以借助先天的優(yōu)勢來解決豐富的電話線網(wǎng)絡資源ADSL，而虎視眈眈的廣電總局找到了它的一個殺手鉗CATV 的同軸線纜（即稱 HFC 混合光纖同軸網(wǎng)）。 　各大運營商寬帶接入業(yè)務首先想到了就是住戶家里面固話電話線，或者是電視的有線電視線（同軸線），卻忽視了遍布家庭最廣泛的線電力線，電力線是家里面最基礎的線，但它的覆蓋面之廣卻是其他網(wǎng)絡所無法比擬的。 二、電力線通信行業(yè)發(fā)展標準 電力線通信技術簡稱PLC(PowerLine Communication)，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)、話音，視頻信號的一種通信方式。迄今，PLC技術已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在技術發(fā)展的各個階段，電力系統(tǒng)已經(jīng)得到了不同的應用：高壓輸電網(wǎng)（35kV以上）、中壓輸電網(wǎng)（10kV35kV）以及低壓(10kV以下)等領域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵥俾室苍诓粩嗟奶岣摺，F(xiàn)階段，在低壓配電網(wǎng)上傳輸速率已由1Mbps發(fā)展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps、85Mbps 、200Mbps和500Mbps的高速率，傳輸距離可達500米，被業(yè)界認為是最有前景的寬帶接入技術。 　2005年7月，電氣和電子工程師協(xié)會IEEE成立P1901工作組，致力于統(tǒng)一電力線寬帶通信的技術標準。WLAN無線寬帶入戶PLC創(chuàng)新解決方案包括電力線寬帶通信的室內聯(lián)網(wǎng)和室外寬帶接入，以及兩者的互操作性。2010年2月，IEEE已經(jīng)完成最初草案并發(fā)布，將HomePlug電力線聯(lián)盟的HomePlugAV技術、基于松下電子的HDPLC技術定義為物理層可選的標準，放棄了對G.hn的兼容努力，10月份發(fā)布了規(guī)范P1901的正式版。 三、PLC將WLAN 與 PLC、EPON 技術完美融合的解決方案（昆山網(wǎng)電） 1、 方案背景 于WLAN，目前定位是：以承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務為主，覆蓋重要公共熱點區(qū)域，分流3G網(wǎng)絡的熱點數(shù)據(jù)流量，降低網(wǎng)絡建設成本，改善用戶體驗。而目前的WLAN建設則主要以室內覆蓋為主，基于802.11a/b/g/n標準，使用2.4G/5.8G頻段；覆蓋方法主要使用傳統(tǒng)的室分系統(tǒng)對目標區(qū)域進行覆蓋，802.11使用的是2.4G/5.8G的高頻，相對于使用800/900MHz的GSM網(wǎng)絡，WLAN信號線路傳輸?shù)膿p耗及空氣中傳播的損耗較大，穿透力較弱。 在某些場所，如賓館酒店的豪華套房、高檔小區(qū)、別墅群、躍層式住宅等，由于裝修及美觀等原因，線路難以布設至目標覆蓋區(qū)域，若采用傳統(tǒng)的室內分布系統(tǒng)在房間外布放天線進行覆蓋常常很難達到理想的覆蓋效果，尤其對于普通的家庭用戶來說，那是難上加難。 2、方案組成 昆山網(wǎng)電科技的WLAN （寬帶）入戶解決方案創(chuàng)新性的將WLAN與PLC技術相融合，完美解決了WLAN入戶問題。通信系統(tǒng)主要由局端電力網(wǎng)橋、無線電力貓和電感耦合單元三大部分組成，下文將對局端電力網(wǎng)橋、無線電力貓和電感耦合單元三部分做詳細介紹。 （1）、局端電力網(wǎng)橋 局端電力網(wǎng)橋是電力線寬帶接入系統(tǒng)的接入?yún)R聚設備, 通過AC100V-240V電力線傳輸和接收以太網(wǎng)信號，可以使原有的電力線網(wǎng)絡以很低的投資升級成為一個電信級的可運營、可管理的寬帶接入網(wǎng)絡。局端電力網(wǎng)橋將ONU（或光電轉換器/交換機）輸出的標準的以太網(wǎng)信號調制成可以在電力線上傳輸?shù)纳漕l信號，通過采用OFDM技術使其能夠在復雜的網(wǎng)絡環(huán)境中進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。局端電力網(wǎng)橋安裝在小區(qū)機房、小區(qū)弱電井（靠近電表房）、小區(qū)光節(jié)點或者樓道內. 圖1：昆山網(wǎng)電WLAN入戶解決方案系統(tǒng)組成圖 ?。?）、無線電力貓 　 無線電力貓，即無線電力型AP，顧名思義，是電力調制解調模塊（Modem）和無線接入點AP的融合。AP單元完美支持目前802.11g/n協(xié)議。無線電力貓終端使用在用戶家庭中，連接至不同電源插座，即插即用。 ?。?）、電感耦合單元 　 電感耦合單元采用電感式耦合器，實現(xiàn)PLC高頻信號與電力線的耦合，每個型號的耦合器都有特定的參數(shù)，各型號耦合器不能混用和替代使用。耦合器的應用環(huán)境在小區(qū)機房或者弱電井房耦合電力線的地方。局端電力網(wǎng)橋將以太網(wǎng)上聯(lián)接口接收過來的數(shù)據(jù)進行D/A轉換變成模擬信號，用正交頻分復技術（ OFDM）調制到2M-30M頻寬的多個載波上，由模擬前端對信號進行濾波和自適應功率放大，再從PLC信號接口耦合到電力線進行傳輸；無線電力貓終端將電力線上PLC信號提取出來，進行濾波和自適應功率放大后解調、A/D轉換、最后還原為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并且通過AP模塊廣播無線信號，從而實現(xiàn)借助電力線解決WLAN入戶覆蓋。 3、PLC系統(tǒng)通信機制 PLC系統(tǒng)的局端電力網(wǎng)橋和無線電力貓終端采用點對多的拓撲結構，采用MASTERSLAVE模式適應電力線接入網(wǎng)絡模式，局端電力網(wǎng)橋定義為MASTER模式，無線電力貓終端定義為SLAVE模式，相互之間是主從關系。PLC系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)采用了不同的傳輸方式，專為適應電力線共享網(wǎng)絡媒介的特性而設計。 當無線電力貓終端聯(lián)通電源后，系統(tǒng)會自動搜尋局端電力網(wǎng)橋，并且在局端電力網(wǎng)橋上注冊自己的MAC地址，同時，局端電力網(wǎng)橋給每一個電力貓終端分配一個唯一的終端設備標識（TEI）。數(shù)據(jù)從局端電力網(wǎng)橋以時分復用技術(TDM)廣播到每個電力貓終端，當數(shù)據(jù)信道到達電力貓終端時，會根據(jù)TEI在物理層上做出判斷，接收給它自己的數(shù)據(jù)幀，摒棄那些給其他無線電力貓終端設備的數(shù)據(jù)幀。昆山網(wǎng)電的PLC設備采用了十分高效的MAC層處理技術，支持工頻周期同步機制，綜合使用具有QoS保證的TDMA時分多址有序接入和CSMA競爭接入2種方式，并通過快速自動重發(fā)請求ARQ可靠傳送。其中，TDMA面向連接，提供QoS保障，確保帶寬預留、高可靠性和嚴格的時延抖動控制；CSMA面向優(yōu)先級，提供四級優(yōu)先級。局端電力網(wǎng)橋控制所在的電力線網(wǎng)絡其他同等設備的活動，并協(xié)調同相鄰電力線網(wǎng)絡的共存，以支持電力線寬帶接入、多電力線網(wǎng)絡運行和隱藏節(jié)點服務。局端電力網(wǎng)橋除了提供無線電力貓終端網(wǎng)絡集中與接入外，還采用VLAN和QOS技術，能夠對用戶的數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務進行精細化管理，可以針對用戶的不同業(yè)務需求進行帶寬分配和管理配置，并且采用黑白名單的方式對終端用戶進行管理。所有電力貓終端的上行數(shù)據(jù)都傳遞給局端電力網(wǎng)橋，無線電力貓終端之間不能相互通訊，也就是各個用戶之間是隔離的，這可以有效避免用戶之間的影響。 4、WLAN入戶PLC解決方案影響因素簡析（昆山網(wǎng)電） 電力線最初設計是給用電設備傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，利用電力線作為通信傳輸媒介，自然會引起眾多的疑問，其主要分為政策層面和技術層面。 （1）.政策層面：關于電力線寬帶的接入仍然需要依靠骨干網(wǎng)絡，解決的是大樓到桌面的這一段接入。因此，要做電力線寬帶接入的運營，要么由城域網(wǎng)運營商與PLC駐地運營商合作，要么就由傳統(tǒng)的運營商利用PLC技術自建駐地網(wǎng)。要獲得寬帶經(jīng)營資質許可，提供寬帶接入業(yè)務，就必須獲得信息產(chǎn)業(yè)部的駐地網(wǎng)許可證，無線寬帶WLAN亦是如此。在三大運營商大規(guī)模推廣無線寬帶以前，關于電力線上網(wǎng)的推廣和應用，都是由國電通信中心牽頭來做的，信息產(chǎn)業(yè)部沒有叫停，沒有許可，也沒有相關的“電通”牌照的問世。但是，我們在WLAN無線寬帶入戶的解決方案中，所有涉及到的電力線通信介質均在低壓段，而室內的電力線產(chǎn)權上屬于業(yè)主或者物業(yè)所有，上海電信亦在2010年下半年借助PLC電力線通信介質在上百個小區(qū)實現(xiàn)了IPTV的數(shù)據(jù)傳輸，因此，電信級運營商憑借大量的物業(yè)資源使用電力線解決WLAN無線寬帶入戶，是否會受到國家電網(wǎng)的干涉暫時還不會有定論。 （2）.技術層面：國電通信中心幾年前曾經(jīng)牽頭在北京、深圳等地進行過大規(guī)模的電力線寬帶運營，結果我們是知道的失敗，包括現(xiàn)在都可以看到網(wǎng)上對當時電力線寬帶業(yè)務的很多否定評價，我們暫且不討論其運營模式，就從技術層面對當時的失敗進行一個簡單的分析?！吧暇W(wǎng)就不能用電吹風，電壓不穩(wěn)會掉線”這個就是當時電力線通信的真實寫照，現(xiàn)在還可以在網(wǎng)上隨處搜索到，所有用戶對這樣的服務投訴不斷。當時的電力線上網(wǎng)詬病多，主要集中在穩(wěn)定性、信號衰減、信息安全、電磁干擾等問題上，用戶的投訴更是集中在上網(wǎng)時性能不穩(wěn)定、受外界電源狀況影響過多等情況。 常言道，科技改變人類生活，科技處于時時刻刻的高速變化中。電力線通信技術同樣如此，縱觀其發(fā)展的十幾年歷程，從低速率的幾十Kbps到目前的500Mbps，從無標準無序狀態(tài)到IEEE和ITU等競相發(fā)布PLC通信的標準，我們暫且不討論以往技術的缺陷或者說以往技術的不完美。目前昆山網(wǎng)電的PLC設備在物理層采用具有高級前向糾錯、通道預估和自適應能力的OFDM調制解調技術，通過工頻周期同步機制確保良好的抗工頻周期同步噪聲的信道適應能力，如調光燈、充電器等產(chǎn)生的諧波，并且采用了先進的MAC層處理技術保證高質量的電力線通信。至于安全性，昆山網(wǎng)電的PLC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信完全支持128位的AES數(shù)據(jù)加密，并且可以保證各個終端的數(shù)據(jù)隔離來確保終端用戶的隱私。另外，昆山網(wǎng)電創(chuàng)新性的將PLC設備同目前的WLAN系統(tǒng)的無線接入點AP相融合，實現(xiàn)WLAN數(shù)據(jù)的干線傳輸，并且完全借用各運營商已經(jīng)建設的有線側網(wǎng)元、WLAN認證計費等系統(tǒng)，實現(xiàn)了PLC電力線通信系統(tǒng)與現(xiàn)在WLAN系統(tǒng)的完美融合。 四、案例分享（昆山網(wǎng)電WLAN入戶 PLC 解決方案經(jīng)典案例） 背景：2011年，中國移動某城市分公司PLC無線寬帶項目是昆山網(wǎng)電WLAN入戶PLC解決方案第一個大規(guī)模應用的縮影。此項目起始于2011年的4月份，并且是以聯(lián)合研究課題的形式開展基于PLC技術的無線寬帶覆蓋模式聯(lián)合研究項目，該課題的目的是開展基于PLC（電力線上網(wǎng)技術，Power Line Communication，簡稱PLC）技術的無線寬帶覆蓋模式的初步技術驗證測試，在技術驗證測試過程，發(fā)現(xiàn)該模式的設備及技術特點存在的問題，并且解決問題，為該模式的大規(guī)模推廣鋪平道路。昆山網(wǎng)電通過敏銳的市場嗅覺，牢牢把握住了此次機會，并且成為了該課題的主要參與廠家，并為后續(xù)7月份的大規(guī)模招標和部署打下了堅實的基礎。 1.中國移動分公司基于PLC技術的無線覆蓋項目系統(tǒng)架構 中國移動分公司完全借用現(xiàn)有已建設的WLAN系統(tǒng)，聯(lián)合中國鐵通某分公司，同時借助中國鐵通已有的物業(yè)資源，通過昆山網(wǎng)電的PLC解決方案實現(xiàn)小區(qū)的WLAN無線寬帶覆蓋，系統(tǒng)的架構如下圖2所示。 圖2某某移動WLAN入戶PLC解決方案系統(tǒng)架構 小區(qū)樓宇配電間的PLC局端電力網(wǎng)橋的RJ45接口連接交換機/ONU、光收發(fā)器通過光纜到中國移動某分公司的通信機房接入網(wǎng)絡口。PLC局端電力網(wǎng)橋射頻信號輸出經(jīng)過耦合器，將信號耦合到電力線上，住戶家里面，再連接到每個用戶端的PLC Modem（無線電力貓）。 用戶的無線電力貓默認廣播中國移動某分公司的CMCC信號，從而實現(xiàn)基于PLC系統(tǒng)的WLAN無線寬帶入戶覆蓋。 　　2.中國移動某分公司的WLAN入戶PLC解決方案優(yōu)劣對比 　　相比WLAN室分覆蓋，PLC解決方案的優(yōu)勢顯而易見，即便與傳統(tǒng)有線寬帶通信而言，亦有不可比擬的優(yōu)勢： 　?。?)成本低：對運營商而言，利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有的電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設電話線、光電纜等，大大減少了在基礎網(wǎng)絡上的投資；對用戶而言，通過電力線上網(wǎng)，無需通過電話線，相對減少了通話費用，且享受到價格優(yōu)惠的互聯(lián)網(wǎng)接入服務。 　　（2)覆蓋廣：無所不在的電力線網(wǎng)絡是此方案的優(yōu)勢，電力線是最基礎的網(wǎng)絡，它的規(guī)模之大是其他網(wǎng)絡所無法比擬的，運營商可以輕松地將網(wǎng)絡接入服務滲透到每個家庭。此方案將會促進電信級運營商市場的發(fā)展，并為WLAN普及帶來極大的發(fā)展空間。 　　（3)傳輸速率高：利用電力線上網(wǎng)能夠為用戶提供高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，信息傳送速度可達到200Mbit/s，甚至后續(xù)平滑升級到500Mbit/s，滿足普通家庭的WLAN無線寬帶入戶。 　?。?)適用性強：能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡聯(lián)為一體，在室內的設備之間構筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡來控制自己家里的電器設備。當今，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，以及各種支持上網(wǎng)的電視機和冰箱等數(shù)字家電的普及，需要大幅度地增加接入端口，通過電力線路，無線高速接入互聯(lián)網(wǎng)就能解決這個問題。 　?。?)施工快捷：采用PLC解決方案，一線兩用，成本低，在網(wǎng)絡傳輸資源到位的情況下，全網(wǎng)覆蓋小區(qū)的一棟住宅樓，只需要幾個小時的時間。無論在施工時間上，還是施工難度上，其他的解決方案都與此方案無法比擬。 （6)售后壓力?。簾o線電力貓終端屬于家庭里的終端產(chǎn)品，雖然產(chǎn)品需求數(shù)量巨大，但是因為其資產(chǎn)屬性屬于用戶端，用戶也即插即用，運營商不必時刻支付高昂的設備運維費用。運營模式類似中國電信的Modem，終端用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的質量情況和使用時間，根據(jù)業(yè)務協(xié)議進行退換或者購買，售后壓力非常小。 　　3.WLAN無線寬帶入戶PLC解決方案發(fā)展前景 緊接中國移動某分公司采用昆山網(wǎng)電WLAN無線寬帶入戶PLC解決方案大規(guī)模商用之后，該省的其他地市也陸續(xù)開啟相似的項目對住宅小區(qū)等家庭用戶進行WLAN無線覆蓋，都已進行較大規(guī)模的設備招標，比如某城市的移動分公司也因受到無法進行室分解決WLAN無線覆蓋問題的困擾而采用昆山網(wǎng)電的PLC解決方案，進行了多個五星級酒店的工程試點。與此同時，其他省份，也紛紛表示對該方案的興趣，并對方案和產(chǎn)品進行了初步了解，并且部分地區(qū)進行了VIP區(qū)域的試點。 　　方案總結：此方案采用的PLC技術經(jīng)過數(shù)年技術的高速發(fā)展，克服種種困難，解決樣樣隱患，已有不可比擬的優(yōu)勢?？傊S著中國WLAN無線寬帶運營模式的推動和千萬戶家庭對無線寬帶的業(yè)務的需求，越來越多的廠家開始了對PLC技術的研究和方案提供，我們相信基于PLC技術的WLAN入戶解決方案會在中國得到越來越廣泛的應用。