寬帶PLC和窄帶PLC通信技術(shù)對(duì)比研究

2016-05-30 16:11:18張友博楚占鋒馬亞彬

中國(guó)高新技術(shù)企業(yè) 2016年19期

張友博　楚占鋒　馬亞彬

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)的通信行業(yè)獲得了快速發(fā)展。通信行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)通信技術(shù)的支持，文章以寬帶PLC和窄帶PLC通信技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)寬帶PLC和窄帶PLC通信技術(shù)進(jìn)行了介紹，對(duì)兩者的應(yīng)用情況進(jìn)行了對(duì)比。

關(guān)鍵詞：寬帶PLC；窄帶PLC；通信技術(shù)；通信行業(yè)；帶寬文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TN913 文章編號(hào)：1009-2374（2016）19-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.018

20世紀(jì)20年代，通信行業(yè)迎來(lái)了快速發(fā)展的時(shí)期，通信技術(shù)不斷進(jìn)步?？偟恼f(shuō)來(lái)通信技術(shù)可以分成兩個(gè)主要的類別：第一類是寬帶電力線通信；第二類是窄帶電力線通信。所謂寬帶電力線通信指的是那些通信速率大于1MHz并且工作頻率大于2MHz的通信技術(shù)，而窄帶電力線通信指的是速率不超過(guò)1MHz并且工作頻率不超過(guò)500kHz的通信技術(shù)。

1 電力線通信技術(shù)概述

1.1 寬帶PLC技術(shù)

在寬帶PLC技術(shù)發(fā)展的初始時(shí)期，通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是多種多樣的，但是隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段寬帶PLC技術(shù)正在逐步走向統(tǒng)一?？偟膩?lái)說(shuō)，目前比較常見(jiàn)的200Mbit/s PLC技術(shù)主要有三個(gè)：第一個(gè)是HomePlug AV；第二個(gè)是UPA PLC；第三個(gè)是HD-PLC。

就HD-PLC技術(shù)而言，日本是使用該技術(shù)比較多的國(guó)家，其他國(guó)家使用的相對(duì)較少；HomePlug AV和UPA PLC在全球范圍內(nèi)都有使用者，因此目前兩者處于競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額的狀態(tài)。

一般來(lái)講，寬帶電力線通信技術(shù)主要有兩個(gè)主要用途：第一，用于室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。這里的室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)指的是以寬帶電力線通信技術(shù)為媒介將室內(nèi)的不同房間都置于有網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)；第二，用于樓宇接入。相較于室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，寬帶電力線通信技術(shù)在樓宇接入的應(yīng)用還處于不斷完善的狀態(tài)，比較容易在最后的300米出現(xiàn)問(wèn)題。

1.2 窄帶PLC技術(shù)

目前不同國(guó)家對(duì)窄帶PLC技術(shù)的頻帶要求有所不同，具體來(lái)講：歐洲國(guó)家將窄帶PLC技術(shù)的頻帶規(guī)定在3～148.5kHz之間；而美國(guó)的聯(lián)邦通訊委員會(huì)將窄帶PLC技術(shù)的頻帶規(guī)定在9～490kHz之間；日本也對(duì)窄帶PLC技術(shù)的頻帶進(jìn)行了約束，限制在10～450kHz之間；就我國(guó)而言，我國(guó)比較重視3～90kHz的頻帶。

在窄帶PLC技術(shù)的發(fā)展的初始時(shí)期傳輸速率是比較小的，最大只能達(dá)到幾個(gè)kbps。此外，在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中經(jīng)常遭受干擾，在干擾的影響之下經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，從而使得傳輸結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們逐漸走入了智能時(shí)代，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸正確率的要求逐漸提高。此時(shí)，為了更好地滿足人們的需求和要求，人們將OFDM和FEC引入了窄帶高速PLC技術(shù)，這樣就在很大程度上提高了實(shí)際應(yīng)用能力。

2 電力線通信技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1 寬帶PLC技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1.1 寬帶PLC技術(shù)室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用。現(xiàn)階段，絕大多數(shù)家庭在室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)時(shí)選擇的技術(shù)都是HomePNA、MoCA、PLC中的一種。HomePNA技術(shù)需要電話線的支持，目前最新版HomePNA技術(shù)的物理層速率是320Mbit/s。但是HomePNA技術(shù)存在一些劣勢(shì)，最為關(guān)鍵的就是HomePNA芯片沒(méi)有辦法做到大量的生產(chǎn)，這主要是因?yàn)樯a(chǎn)該芯片的廠家只有一個(gè)。MoCA技術(shù)在使用過(guò)程中需要同軸電纜的支持，最新版MoCA技術(shù)的物理層速率是800Mbit/s。目前，使用MoCA技術(shù)比較多的是北美地區(qū)。就我國(guó)的家庭而言，使用較多的是PLC技術(shù)。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，我國(guó)民眾對(duì)PLC技術(shù)的接受程度約為87%。

PLC室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有三個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間無(wú)法兼容，從而導(dǎo)致了每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都占據(jù)一定的市場(chǎng)份額，但是無(wú)法占據(jù)特別多的市場(chǎng)份額。這在一定程度上制約了PLC室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。G.hn技術(shù)產(chǎn)品是通信產(chǎn)業(yè)的新寵兒，它的出現(xiàn)將會(huì)極大地促進(jìn)通信行業(yè)的發(fā)展。

將PLC技術(shù)應(yīng)用在室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)時(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注兩方面的能力：第一，單網(wǎng)絡(luò)性能；第二，鄰居網(wǎng)絡(luò)性能。在我國(guó)，使用室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)PLC技術(shù)的家庭絕大多數(shù)都居住在公寓樓中，不同家庭用戶之間的距離相對(duì)較短，這在一定程度上提高了對(duì)PLC技術(shù)關(guān)于鄰居網(wǎng)絡(luò)性能的要求。在公寓樓中，當(dāng)相鄰的家庭之間同時(shí)打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如果這些網(wǎng)路可以共同存在，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)，從而使得各自的網(wǎng)絡(luò)性能無(wú)法達(dá)到最優(yōu)水平。當(dāng)鄰近的網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)等的通信條件時(shí)，那么這些家庭就會(huì)共享一個(gè)寬帶，并將其進(jìn)行均分處理。如何不斷提升鄰居網(wǎng)絡(luò)性能，從而使得鄰近的家庭都可以享受到滿意的網(wǎng)絡(luò)是人們十分關(guān)心的問(wèn)題。從芯片的角度來(lái)提升鄰居網(wǎng)絡(luò)性能是可行的，也是很多廠商努力的方向。現(xiàn)階段，比較常用的提高鄰居網(wǎng)絡(luò)性能的方法主要有兩種，分別是對(duì)功率進(jìn)行有效的控制以及虛擬信道。

2.1.2 寬帶PLC技術(shù)寬帶接入方案與應(yīng)用。對(duì)PLC寬帶接入的運(yùn)營(yíng)主要有兩種方法：第一，電信運(yùn)營(yíng)商直接運(yùn)營(yíng)。使用者要想使用PLC寬帶接入，他們就必須首先向電信運(yùn)營(yíng)商提交相關(guān)業(yè)務(wù)申請(qǐng)，接下來(lái)電信運(yùn)營(yíng)商給予使用者一個(gè)PPPoE賬號(hào)和一個(gè)PLC接入客戶端；第二，小區(qū)物業(yè)間接運(yùn)營(yíng)。電信運(yùn)營(yíng)商給予小區(qū)物業(yè)一個(gè)公網(wǎng)IP地址，接下來(lái)使用者向小區(qū)物業(yè)提交PLC寬帶接入申請(qǐng)，物業(yè)再給使用者一個(gè)私網(wǎng)地址。

總的來(lái)說(shuō)，PLC寬帶接入是一項(xiàng)比室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜的業(yè)務(wù)，我國(guó)居民的居民風(fēng)格千差萬(wàn)別，大體上可以分成以下種類：公寓樓、TOWNHOUSE、別墅等，不同的住宅需要不同的PLC寬帶接入方式。具體來(lái)講，當(dāng)居民所住公寓樓的層數(shù)不是很多時(shí)，為了接入PLC寬帶可以為整棟樓配備一個(gè)總配電柜；當(dāng)居民所住公寓樓的層數(shù)很多時(shí)，已經(jīng)屬于超高層公寓樓，此時(shí)可以為每一層的使用者配備一個(gè)配電房。

PLC寬帶接入方式具有的優(yōu)勢(shì)主要有：第一，通過(guò)居民樓的電力線實(shí)現(xiàn)寬帶承載；第二，不需要成本投入很多的局端設(shè)備；第三，使用者在使用過(guò)程中不會(huì)覺(jué)得十分復(fù)雜。但是PLC寬帶接入方式也具有一定的劣勢(shì)：第一，在接入之前相關(guān)人員需要開(kāi)展繁瑣的工程勘察工作；第二，施工過(guò)程十分復(fù)雜；第三，該種接入方式要求設(shè)備要具備較強(qiáng)的抗干擾能力。

2.2 窄帶PLC技術(shù)的應(yīng)用情況

2.2.1 窄帶PLC技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)。和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)電力線載波通信技術(shù)的研究起步較晚，到現(xiàn)在為止我國(guó)還沒(méi)有關(guān)于窄帶高速PLC的比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)。但是，在該領(lǐng)域比較發(fā)達(dá)的國(guó)家早就形成了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段，國(guó)外比較常見(jiàn)的窄帶高速PLC標(biāo)準(zhǔn)主要有三種，分別是PRIME、G3-PLC和ITU-T批準(zhǔn)通過(guò)的G.hnem，上述三種標(biāo)準(zhǔn)都涉及了OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

第一，PRIME標(biāo)準(zhǔn)。使用PRIME標(biāo)準(zhǔn)的主要是一些歐洲國(guó)家，首次使用該標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)是IBERDROLA供電公司。PRIME標(biāo)準(zhǔn)明確指出了信號(hào)在通信過(guò)程中需要的頻帶是CENELEC-A，頻率最小值是3kHz，最大值是95kHz，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的最大速率是130kbps。2010年，西班牙開(kāi)始電力公司IBERDROLA計(jì)劃大批量的安裝以PRIME標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的電表，最開(kāi)始安裝的數(shù)量是10萬(wàn)臺(tái)。

第二，G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)。G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)的提出者有兩個(gè)，分別是Electricite Reseau Distribution France，法國(guó)配電網(wǎng)絡(luò)公司，簡(jiǎn)稱ERDF，以及Maxim，美信半導(dǎo)體公司。在該標(biāo)準(zhǔn)的支持之下，數(shù)據(jù)傳送的最小速率是20kbps，最大速率是300kbps?，F(xiàn)階段，人們已經(jīng)對(duì)G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)在法國(guó)和美國(guó)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果非常

理想。

第三，ITU-T G.hnem標(biāo)準(zhǔn)。前面介紹的兩種標(biāo)準(zhǔn)之間互不兼容，這就在一定程度上限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。ITU-T G.hnem標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，ITU-T G.hnem標(biāo)準(zhǔn)具有一定的統(tǒng)一性，用戶可以在全球范圍內(nèi)使用該標(biāo)準(zhǔn)。此外，ITU-T G.hnem標(biāo)準(zhǔn)兼顧了G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)和PRIME標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，還具有一些其他獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?？偟膩?lái)說(shuō)，ITU-T G.hnem標(biāo)準(zhǔn)是一種比較新型的通信標(biāo)準(zhǔn)，它在傳送數(shù)據(jù)時(shí)的最大速率可以達(dá)到1Mbps。

目前，PRIME標(biāo)準(zhǔn)支持的頻帶介于3～95kHz之間，而G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)支持的頻帶介于10～490kHz之間，ITU-T G.hnem標(biāo)準(zhǔn)支持的頻帶和G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)相同。

2.2.2 高速窄帶PLC技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用。窄帶高速電力線載波通信可以使用在智能電網(wǎng)中，這主要是因?yàn)檎瓗Ц咚匐娏€載波通信的支持下，智能電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。此外，窄帶高速電力線載波通信還可以應(yīng)用到配用電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化通信，具體來(lái)講包括AMR/AMI、DSM、V2G通信、家庭能源管理等。

AMR/AMI早在很久之前就開(kāi)始引入了PLC技術(shù)，隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，電力系統(tǒng)對(duì)自身的要求不斷提高，電力系統(tǒng)非常重視對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)督和調(diào)度的開(kāi)發(fā)，電力線載波技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大地滿足了電力系統(tǒng)的需求。到現(xiàn)在為止，全球范圍內(nèi)已經(jīng)擁有超過(guò)幾百萬(wàn)的基于PLC技術(shù)的PLC智能儀表設(shè)施。

電動(dòng)車是一種十分具有潛力的交通工具，未來(lái)人們對(duì)電動(dòng)車的需求必然會(huì)逐漸增加。電力線是電動(dòng)車充放電連接和PLC的共同媒介，在電力線的輔助之下，PLC技術(shù)將具有更好的發(fā)展前景。

3 結(jié)語(yǔ)

在通信技術(shù)中，以帶寬為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行劃分可以分成兩類，分別是寬帶電力線通信和窄帶電力線通信。本文以通信技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)寬帶電力線通信和窄帶電力線通信進(jìn)行了對(duì)比分析。

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