宽带电力传输的技术、优势和挑战

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【导读】宽带电力线传输(BPL)技术已经探讨了很多年，也不乏成功案例，它能否取代DSL或Cable，还有很多的问题有待解决。

　　　　　　
　　宽带电力线传输(BPL)技术已经探讨了很多年，也不乏成功案例，它能否取代DSL或Cable，还有很多的问题有待解决。




BPL传输架构

　　经过一段时间的技术论证和试验，沉寂已久的宽带电力线传输(BPL)技术再次进入人们的视线，它在很多领域可取代DSL或Cable，尤其是偏远地带。BPL方案可用于连接小型分支办公室或家庭办公，作为Cable或DSL的补充接入方案，因为受地域限制，这类接入方式不是在所有地方都行得通。BPL无论在成本还是速率方面较DSL或Cable接入都有优势，新型芯片能实现更快速传输。BPL客户端需要的唯一设备是接入电源插座的特制Modem。

　　BPL面临更多技术挑战

　　BPL业务的承载媒介是电源线。电力企业一般采用三类电源线路:高压、中压和低压线。高压线缆作为骨干或配电系统的核心，通常电压是7万伏;高压线至变电站后被分成大约7千伏的中压线，就是城区街道常见的线杆高架线;中压线在进入最终用户前由变压器转换为110或220伏的低压，然后送至6到10个用户(我国一般高于这个数)。数据在变电站一级进入电网，透过中压线到达最终用户，因为高压线在2～80MHz频率范围内噪声较大，不利于混传数据信号。数据进入低压线直至终端用户是最关键一环，因为变压器在进行数据转换时会产生大量噪音，影响到信号完整性。电网中可采取很多办法进行补偿，如安装耦合器以从根本上绕过变压器，将数据信号从中压线缆直接安全传送达另一端的终端用户。用户在任何电源插座接入低价Modem接收数据，然后传送到以太网。

　　还有一种方案是在大楼或住户外的电线杆上安装AP，采用802.11b进行无线接入。因为AP可置于中压线缆的任何位置，在中压线和最终用户间不需要额外设备即可实现让多用户接入。采用这种方式的不足在于，由于采用未经许可频谱，有可能与附近安装的无绳电话、微波炉及其它AP产生频段冲突。

　　高压线不适于传输数据，但可用来方便架设光纤连接至ISP。PBL实现原理见文中图。

　　BPL应用优势

　　BPL的最大优势是采用普通电源线路，而电源线几乎普及所有家庭和商业机构。它要解决的核心问题是安装一类设备，使数据信号与电流一道传输。而在客户端，只要接入插座即可进行通信了，这比cable或DSL接入要灵活得多，因为后者接入位置固定在一处。

　　对电力企业来说，可充分利用BPL的数据传输功能进行企业内部语音通信(VoIP)，基于高速连接远程监控客户用电情况，还可用于精确监控供电线路故障而不需要派遣技术人员前往。典型地，在闷热的夏季，电力企业可通过在一段时间关闭部分空调(当然在预定规划下进行)，避免超负荷断电现象。再就是利用BPL进行国内安全监控，通过在电网中安装视频摄像机远程监控电网运转、煤气管道以及其它有关国计民生的能源传输。

　　美国一些能源企业如Cinergy、Solvay Electric和Con Edison采用系统集成器来提供BPL业务，企业通过集成器来管理所有网络架构。由于省却了线路，因而能实现低成本Internet接入，所需客户前端设备(CPE)也少，降低了运营支撑成本和商务服务成本。目前EarthLink(ISP)已宣布加入这一计划，基于BPL提供宽带接入服务。

　　虽然BPL提供宽带接入的领域有限，但可作为对其它宽带接入的一种补充，用于扩展DSL覆盖地域，还可作为“空载”WiMAX无线基站，将宽带接入引入城郊和乡村。

　　需解决问题

　　成本:要使所有电力网具备提供宽带语音和数据业务的能力并投入商业运营，需要大量资金投入，且不是短时间内能实现的，也不是所有电网都愿意投入这一领域。BPL本身不适合低密度网络接入区域应用，因为用于业务支撑的设备成本过高。例如，为将数据直接传送至电源插座，需要在中压线末端安装偶合器以使信号绕过变压器，这会增加设备安装和维护成本。另外，信号最大传输距离只有约450米，再就需要放大，一些厂商如Ambient和Amperion提供此类中继器，能扩展传输距离，但如果服务对象是城郊少量BPL用户，则不太合算。

　　信号干扰:除成本因素外，电源线传输数据还面临信号干扰问题，这是BPL配置的核心问题。电源线没有屏蔽，因而在信号传输中抗周围环境干扰能力很弱。例如，用于短波无线通信的2—30MHz频率，就与BPL的2—80MHz频率范围交迭。美国FCC已要求BPL服务提供商与这些低频段无线运营商合作，避免使用可能导致冲突的频谱，采用降低功率甚至是关闭部分BPL业务的做法来消除干扰。

　　还有，同一建筑物内电源线本地通信信号也存在相互干扰可能性，从而导致数据传输中断。这一问题已引起HomePlug电源线联盟的重视，该联盟目前正与联合电源线理事会(UPLC)一道寻求解决方案。联盟制定的最新标准HomePlug AV初步实现了内部设备间通信不致产生冲突，包括室内或小型办公室甚至是大型建筑物(如学校和旅馆)内，而且还能实现与下一代BPL设备间的互操作。

　　安全问题:事实上从长远看，电源线干扰问题不是阻碍BPL发展的关键因素，安全才是最大问题。理论上，数据一旦以电波方式传送，就完全有可能“泄漏”。由于使用同一低压变压器，就无法阻止传送至某一用户的信号不被传送到其他接入用户。可采用VPN或SSL加密手段来保证BPL传输安全，目前大多数企业都在采用这类技术用于家庭办公或Internet远程接入。BPL设备本身也可采用加密算法，如果采用增强加密机制，有效保护数据是可能的。

　　发展前景:据一项市场调查，到2012年，美国将有高达33%的新宽带用户采用BPL接入方式，而现行宽带用户也有13%会转向BPL运用。例如，Cinergy企业已在俄亥俄州为商业及家庭用户提供BPL Internet接入，因为此地的Cable和DSL接入严重不足。此外还有其它一些企业也在蠢蠢欲动。

　　随着下一代芯片组的推出，BPL将实现基于可用频谱传送更大带宽，速率能达到数百兆。到那时，BPL服务商将可与大型通信运营商和cable运营商在语音、视频、数据三大业务领域一决高下。预料这类BPL产品在年内即可推出。

　　当然，也有人担心来自业余无线通讯服务提供商的反对可能导致BPL夭折。但在美国这样一个制度比较健全的国家，FCC会协调好各方利益，毕竟，BPL存在很大利益优势。为防止各个州各行其是，美国还成立专门委员会引导BPL商业开发，将其作为与cable和DSL可竞争技术，为商业和普通宽带住户提供更多选择余地。同时BPL设备制造商和设计人员也在努力解决频谱冲突问题。总之，在目前宽带接入方式无法实现的地方，BPL是一种全新的选择。

　　BPL实现原理

　　将电源和数据集成到同一线缆传输并不是什么新技术，普遍使用的有线电话便属这类实现技术，在中心交换机房供电并实现语音交换。最近出台的PoE(以太电源供电)规范IEEE 802.3af，使得透过LAN线缆为VoIP电话和无线AP供电成为可能。

　　利用家用电源线在室内传输数据，这方面产品开发几年前就有了。随着HomePlug电源线联盟推出HomePlug1.0标准，许多厂商开发的产品，如DSL路由器、以太/USB适配器都可接入家用电源插座，利用单一线缆实现彼此间通信。期间，Telkonet采用电源线和专用技术实现了大型公寓和旅馆内LAN连接。