宽带电力线通信及其技术规范的最新进展

宽带电力线通信及其技术规范的最新进展

本文着重介绍了PLC国际联盟HomePlug的一套宽带电力线通信系列标准，介绍了相关技术规范的制订情况与PLC技术最新进展。本文表明，2006年新兴的电力线通信技术已经取得核心技术、成套标准、专用芯片的综合突破，其实用化产品的传输速率已可达200Mbps以上，以致于PLC的市场应用领域已瞄准以视频为中心的宽带接入与宽带家庭网络，包括HDTV、IPTV、VOD的接入与分配网。

关键词：电力线通信，宽带电力线接入，宽带家庭网络，PLC，BPL，HomePlug，OPERA

1.概述

电力线通信PowerlineCommunication简称“PLC”，是一种利用输电和供电的电力线进行高速数据传输的技术。

PLC技术从上世纪二十年代开始已经历了很长的发展历史，但是由于电力线是最不稳定、干扰最大、最困难的有线通信媒介，极大地限制了它的应用频带和传输速率，所以一直不成熟，也鲜为人知。

长期以来，电力线通信技术只是局限在与电网调度管理相关的特定专业市场应用，如电力负荷的控制和监视，各种自控系统和远程抄表系统，9600bps的低速数据通信，以及模拟话音信号传输。典型应用领域是电力线载波（Power-linecarrier），它是在中压、高压甚至超高压电力线上，采用高频载波信号传输信息，基本载波频带4kHz/2.5kHz，载波频率范围40kHz—500kHz，用于

传送电力调度电话和远动信号。

直到最近几年，由于宽带技术的发展及市场竞争的推动，更由于新的调制技术、DSP技术及新型PLC专用成套芯片的出现，才带来新的应用和解决方案。PLC新应用领域主要有两个，其一是利用家庭中的电源插座进行组网的不重新布线的“家庭网络”，其二是利用中、低压电力配线网传输宽带信号的“最后一公里接入”。

本文介绍的相关国际联盟PLC全球标准体系的制订情况表明，新兴的电力线通信技术已获得重大技术突破，其实用化的产品速率已可达200Mbps以上，以致于PLC的市场应用领域已瞄准以视频为中心的宽带接入与宽带家庭网络，包括HDTV、IPTV、VOD、DVB、DVR的接入与分配。

2.PLC通信难点与技术突破

遍布城乡的交流电源线是一种最困难的有线通信媒介，主要干扰通信传输和劣化通信信号的因素是各种来源众多的不可预知的干扰、衰减和失真，包括宽范围的阻抗变化、高衰减电平、多路径时延传播等等。例如：开关电源、电灯、电刷的火花噪声，静电噪声，电机、微波、变压器等引入的噪声；分支线路、配电盘、断路器、电感加热器等带来的衰减；不恒定的非线性电力负荷、阻抗失配等带来的失真。又如，因为电路分支和负载的互连几乎是随机的，因而家中任何两个电源插座之间的通路具有不可预知的传递函数，所以通路的幅度和相位响应随频率呈宽范围变化，幅值响应可能超过允许范围（其变化从几个dB到80dB以上）；而且，在各种用电设备开机和关机时，通道响应还会随时间变化……。

要在如此恶劣的条件下可靠、准确、低时延地传输高速宽带数据信号，必须

找到一种能克服各种障碍的综合技术。实现PLC技术突破的基本技术是在物理层采用OFDM，即“正交频分复用”技术；以及在MAC层采用CSMA/CA，即半双工以太网采用的“带碰撞检测的载波监听多路访问”技术。

OFDM是60年代首次提出的理论，它把可用频谱分成许多窄带载波来用，这类似于XDSL；IEEE802.11无线LAN委员会也选择OFDM，未来的4G移动通信也将采用OFDM技术。

PLC采用的OFDM技术，是其克服障碍实现技术突破的核心技术，而且具有如下特点：

每个载频能支持几种调制格式：ROBO、BPSK、QPSK、QAM

能在恶劣的环境中实现同步

单频动态定位以避让无法使用的频段

能在带内干扰或冲突下工作

支持广播传输

极好的抗信道干扰性能

不需要信道均衡

不需要时钟同步

图1形象地表明了OFDM在频域内的单频定位功能，它能自动避开单频干扰和衰减过大的频点，以实现最佳信噪比。

在实现技术突破后，还需要制订成套的PLC全球统一标准，才能实现芯片和整机的规模化生产，以便显著降低产品成本，真正实现PLC的大规模推广应用。

3.相关PLC国际联盟标准制订的最新进展

有关的PLC国际联盟和论坛都成立于2000年或更晚，这说明PLC是一项新兴的技术，全世界众多的厂家和公司都看重这个全球覆盖面最广的现成的网络基础设施，并寄希望于这一颇具潜质的通信媒介。

“家庭插电联盟”HomePlug（或全称“家庭插座电力线联盟”—The Home Plug Powerline Alliance）是标准制订成果最多的主要PLC国际联盟，最初重点在于PLC 家庭网络技术规范的制订，近两年主要进行中、低压PLC宽带接入标准的制订。另外值得一提的是OPERA—开放式PLC欧州研究联盟（The Open PLC European Research Alliance），它是由欧盟支持的最早制订PLC宽带接入标准的机构，主要是制订统一的欧州标准。

OPERA在2005年底就完成了大部分PLC接入标准的制订，2006年2月宣布正式批准全球第一个开放式PLC接入技术规范，也称为Broadband over Powerline（BPL），即“宽带电力线接入”标准。该标准的制订得到欧盟的支持，由来至OPERA的35个机构（包括10所大学）的业内专家历经两年的努力得以完成。OPERA声称，该BPL技术规范的制订将促进高速、低成本的话音、视听业务，以及配电控制与管理业务的规模应用。

2006年3月HomePlug家庭插电联盟宣布，该联盟已经在PLC标准领域取得重大进展，HomePlug在2006年3季度正式批准其“指令与控制技术规范”—HPCC（HomePlugCommand&Control），并计划在2006年4季度正式批准其BPL“宽带接入技术规范”（HomePlugBroadbandoverPowerline）。这意味着到2006年底，基本覆盖PLC各类应用的全套国际标准将制订完毕。

有迹象表明，HomePlug与欧州标准是互相参照、相互借鉴的，所以说应该