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1、宽带接入技术与实践,山西师范大学网络信息中心,人民邮电出版社,第7章 电力载波接入,2019/5/24,宽带接入技术与实践,宽带接入技术绪论 宽带接入技术基础 xDSL接入技术 HFC接入技术 光纤接入技术 宽带无线接入技术 电力线载波接入 电子政务网及宽带接入设计,2019/5/24,学习目标： 了解电力载波接入概念，PLC应用领域，PLC发展史。 了解电力载波网接入结构，带宽要求和频率分配，高频干扰，接入阻抗，电磁兼容性解决办法。 了解电力载波接口技术及其它关键技术，PLC的家庭网络应用。,第7章 电力载波接入,2019/5/24,重点知识：电力载波网接入结构，频率分配，高频干扰，接入阻抗
2、，电力载波接口技术，电磁兼容性解决办法，PLC的家庭网络应用。 难点知识：电力载波接入的调制和抗干扰，电力载波接入阻抗，电力载波接口技术。,第6章 宽带无线接入技术,2019/5/24,电力载波接入概述 电力载波接入的相关技术 案例学习 习题与思考,第7章 电力载波接入,2019/5/24,7.1电力载波接入概述,电力载波（PLC，Power Line Communication）是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。PLC使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输介质，具有信息传输稳定可靠、可同时复用多路信号等特点，是一种不需要线路投资的有线通信方式。使用PLC接入
3、网络相当方便，只需将计算机插入提供宽带接入的墙壁电源接口，即可使用现有的电力线传输家庭网络业务。,2019/5/24,7.1.1 电力载波发展概述,20世纪20年代，许多国家进行了高压线路上的载频语音传输。最初的载频技术，是在邮电和高压电力线路上同时进行数据传输。后来随着不断投资和数据通信方法的改进，最终实现了在电力网上既能低损地传送电能又能可靠地传输信息。 20世纪90年代以来，随着通信技术的发展，电力线载波技术已经获得了重大突破。北方电讯（Nortel Telecom）和英国联合公用事业公司（Norweb）在1997年10月宣布，其新开发的数字配电线载波技术，实现了在配电网上进行远程通信，
4、从而将四通八达的低压电力线转化为信息高速公路的现成通道。 目前，处于世界领先水平的美国Intellon公司已研制出了在电力线上传输数据速率达14Mbps的数据通信系统。以这样的速率传输音频、视频和实时电视都不会存在困难。,2019/5/24,7.1.1 电力载波发展概述,配电线载波技术采用改进的IP协议，以及复杂的专用电子装置在低压电网上传输MHz级的高频数字通信信号。同时监视导致信息失真的脉冲信号以及其他形式干扰。此外，基于IP的分组交换，可以保证被噪声影响的数据报文再传一次。PLC技术中数字化双工设备的采用及调制过程的应用，使可利用的通信带宽已增至原来的100倍。 目前，配电线载波技术是对
5、配电电缆系统进行调制，使PLC可同时传输两路、甚至多路电信号而不会产生任何互损。 在低压电网上使用一定数目的CU就构成了高频调制电力网络（HFCPN）。一个典型HFCPN的特点是稳定性高、对噪声的容错性强。 电力公司数据网的任务，可分为四种主要类型：运行管理、监视、故障限制和排除、宽带接入。,2019/5/24,7.1.2 电力线载波技术应用,电力线载波通讯技术可以进行模拟（语音信号）或数字信息（如家庭信息化控制信号）双工传输，可广泛应用于家庭生活信息化，小型办公室办公自动化，家庭通信、数字化娱乐等领域。具有普及方便、节省费用、安装方便、应用广泛等特点。,2019/5/24,1. 智能小区中的
6、应用,智能化住宅小区，是指通过综合配置住宅区内的各功能子系统，以综合布线为基础，以计算机网络为支持平台的设备管理自动化新型住宅小区。通常，智能化大楼指“三A”系统，即： （1）安全自动化（SAS，Safe Automation Sys-tem）。包括室内防盗报警系统、消防报警系统、紧急求助系统、出入口控制系统、防盗对讲系统、煤气泄漏报警系统、室外闭路电视摄像监控系统、室外的巡更签到系统。 （2）通讯自动化（CAS，Communication Automation System）。包括数字信息网络、语言与传真设施、有线电视、公用天线系统。 （3）管理自动化（MAS，Management Auto
7、mation System ）。包括水、电、煤气远程抄表系统、停车场管理系统、供水供电设备管理系统、公共信息显示系统等。,2019/5/24,2. 在自动抄表系统中应用,自动抄表系统就是自动采集各种计量表的读数（如电表、水表、煤气表、冷气表等）。现在采集数据方法有电话线、无线电、电力线和红外线等。电力线载波抄表系统是利用现有的电力线为介质进行数据收集。不但有效降低系统的成本，同时可方便快捷地实现自动化抄表。利用计算机统计功能，抄收的数据可立即处理成报表，同时可很容易做到监控用户用电参数、欠费断电等其他系统没有的功能。,2019/5/24,3. 在家居智能化的应用,把电力线通信技术、网络、微控制
8、器相结合，是在现有基础上推进家庭自动化的最现实、经济的途径。即以电力线为传输介质，把分布在家庭各个角落的微控制器和家电与电脑连成一个网络。 其优点是：电力线和信号线合一，无须布设信号线。人们原来使用和维护电器的习惯都不受影响，家电无须增加双绞线、红外等接口，只要在内部配备电力线载波通信芯片，再更新程序就行了。家电的信息量小，电力线载波速度基本可满足数据通信需求。因此，电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景，特别是在中低速率传输应用方面，因其具有可靠性高、造价低廉等优点，故可以与“蓝牙”相媲美。,2019/5/24,4. 其它领域的应用,在其他领域里，电力线载波通讯也显示出了其巨大
9、潜力。例如，在一些干扰大、布线困难的工业自动化控制系统，采用电力载波通讯能达到事半功倍的效果。电力线在现代生活中已无处不在，只要能满足通信要求，而又不便布线的地方，电力载波通讯技术都有着无比的优越性，可以得到充分的应用。 大量的研究和现场试验表明，在中压和低压等级上，典型电力分布网络的通道容量允许高达几百Mbps的数据速率，具有巨大的潜力，将带来可观的经济价值。例如，利用墙壁上的电源插座访问Internet，非常方便，而且相对节省。全世界的通信和信息商贸将会变得和电力消费一样普遍。这正是各国都在投入这一领域研究和试验的原因。,2019/5/24,7.1.3 电力线载波通信存在的问题,尽管电力线
10、能提供数据通信，但管制和经济仍是阻碍它快速发展的大问题。除非在全球范围内制定出适当的标准，彻底消除管制，否则电力线载波接入要承担一定风险的。 当然，电力网的使用不是无限的，因为当占有大约9KHz到20MHz的频带时，现有的业务，如长波、中波和短波无线电，以及业务无线电频带将被覆盖。关于频率分配和等级限制必须采取折中解决方案。因为在电力网上通信基本上是以电力线为基础的，为防止不可容忍的高信号辐射，必须进行适当的测量。当前开展的主要工作是设法确保电磁兼容性。,2019/5/24,7.1.4 电力载波接入网的结构,2019/5/24,7.2电力载波接入的相关技术,带宽要求和频率分配 高频干扰情况 接
11、入阻抗 电磁兼容性 PLC的调制技术 其它关键技术,2019/5/24,7.2.1带宽要求和频率分配,在电能分配网上通过正确的PLC安装，实现高达几Mbps的数据传输速率是可行的，这已被无数的研究和许多现场实验所证实。室内链路的重大研究成果很多，当频率范围超过30MHz时能提供理想的信号传输。当前PLC使用的正规频率范围是3kHz148.5kHz，在这个频率范围，PLC系统开发已经达到高度成熟阶段。楼宇自动化和电能信息业务相关的应用程序都能在PLC环境下可靠运行。但是在较高的频率下，仍缺乏使用PLC技术的标准和规则。因为，现场试验需要特定的试验特许证，只有这样才能从权力机构得到所需要的实验条件
12、。例如，试验位置、传输的功率和所使用的频率等。,2019/5/24,7.2.2高频干扰情况,除信号失真外，附加噪声是数据传输降级的另一重要因素。PLC与许多其它通信链路不同，电力线通道不是附加的白高斯噪声（AWGN）环境，因此情况更为复杂。这里只讨论高频范围内的典型电力线噪声干扰，分类如下。 （1）有色背景噪声。 （2）窄带噪声。 （3）主频异步的周期性冲击噪声。 （4）主频同步的周期性冲击噪声。 （5）异步冲击噪声。 13类噪声通常能持续数秒和数分钟的时间，有时长达几小时，被称为背景噪声。相比之下，4和5类噪声是以微秒和毫秒表示的时变体。在冲击发生期间可感觉到噪声PSD出现，可引起突发错误。
13、,2019/5/24,7.2.3接入阻抗,为了达到介质的特征阻抗，要求发送者的输出阻抗应与接收者的输入阻抗匹配。在常规通信系统内一般说来是容易实现的，如使用天线或同轴电缆。因为这种设备表现出时间不变性和频率无关性的特征阻抗。但在电力线上情况完全不同，例如，在CENELECA频带内，接入阻抗是非常依赖频率的，在10KHz时为了达到最大可容许传输振幅，将需要几百瓦的功率，而在90KHz时只几瓦就已经足够了。通常电力线接入阻抗随频率增加而恒定地上升，但在高频范围下，户外网络的这种阻抗近似50的范围内，易受包含干扰抑制设备的某些装置的接近度影响。,2019/5/24,7.2.4电磁兼容性,当使用电能分
14、配网作为各种电信业务的共享媒介并快速传输数据时，必须记住它们是“电磁开放”结构，对高频发射和进入没有充分保护。因此，PLC传输一方面可能影响同一网段上的其它PLC系统；另一方面还可经过辐射场，影响各种不同的无线业务。电磁兼容性意味着各种不同PLC系统的共存，以及与无线业务共存。,2019/5/24,7.2.5 PLC的调制技术,2019/5/24,7.2.6其它关键技术,PLC通信模块是实现数据通信的关键设备，它不仅有调制解调器功能，以实现数据在电力线上的载波传输；还有面向多媒体业务的通信接口。 1. 载波信息网与计算机网的接口 2. 载波信息网与电话网的接口 3. 信息翻越变压器的措施 4.
15、 其他 另外，由于电力载波线是非屏蔽线路，高频信号的辐射也是一个不容忽视的问题。这一缺陷如能妥善解决，将对基于电力线载波的宽带接入方案实施有着重大意义。,2019/5/24,7.3 案例学习,1. 基于PLC的家庭网络 从理论上讲，使用电力线传输数据是很简单的，只要正确使用家庭现有的电力线路就可传输和分配视频、语音和数据信号，不必安装新线路。通过在频率相对低的电力线上发送调制信息，信号能沿线路传输。多种设备均可连到电力线上，包括标准电话、传真机、机顶盒、计算机、卫星电视等。 电力线基础设施很适合于家庭网络，用于打印共享、文件共享、游戏、Internet访问、IP电话（VoIP）、音乐和视频等活
16、动。家庭网络希望不增加线路即可实现连网，电力线载波接入技术能满足这种要求。家庭网络上的连接处称为节点，系统配备有标准以太网接线系统。,2019/5/24,2. PLC网络远程连接,2019/5/24,从电站到家庭的PLC,2019/5/24,从电力变压器中心点向家庭PLC连接,2019/5/24,电力线载波系统设计,2019/5/24,习题与思考,7.1什么是电力载波接入？画图描述电力载波接入网的组成，并标出主要的接口。 7.2目前电力载波通信的应用主要有哪些？使用电力载波通信的优缺点主要有哪些？ 7.3有一个家庭需通过PLC联网接入Internet，房间面积约120平米，共有三个卧室、一个客厅、一个餐厅，请设计一个基于PLC的家庭网络拓扑图。,2019/5/24,谢谢您的倾听,
