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寬帶PLC和窄帶PLC通信技術(shù)對(duì)比研究寬帶PLC和窄帶PLC通信技術(shù)比照研究

中圖分類號(hào):TN913文章編號(hào):1009-2374〔2022〕19-0040-02DOI:10.13535/jki.11-4406/n.2022.19.018

20世紀(jì)20年代,通信行業(yè)迎來(lái)了快速開(kāi)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)開(kāi)展的初始時(shí)期,通信技術(shù)規(guī)范是多種多樣的,但是隨著時(shí)代的開(kāi)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。總的來(lái)說(shuō),目前比擬常見(jiàn)的200Mbit/sPLC技術(shù)主要有三個(gè):第一個(gè)是HomePlugAV;第二個(gè)是UPAPLC;第三個(gè)是HD-PLC。

就HD-PLC技術(shù)而言,日本是使用該技術(shù)比擬多的國(guó)家,其他國(guó)家使用的相對(duì)較少;HomePlugAV和UPAPLC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),比擬容易在最后的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)比擬重視3~90kHz的頻帶。

在窄帶PLC技術(shù)的開(kāi)展的初始時(shí)期傳輸速率是比擬小的,最大只能到達(dá)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)的不斷開(kāi)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?,F(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)有方法做到大量的生產(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)比擬多的是北美地區(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)不同的規(guī)范,這三個(gè)規(guī)范之間無(wú)法兼容,從而導(dǎo)致了每一個(gè)規(guī)范都占據(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)開(kāi)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)的開(kāi)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)翻開(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)法到達(dá)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),則這些家庭就會(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稱心的網(wǎng)絡(luò)是人們十分關(guān)懷的問(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,比擬常用的提高鄰居網(wǎng)絡(luò)性能的辦法主要有兩種,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)寬帶接入計(jì)劃與應(yīng)用。對(duì)PLC寬帶接入的運(yùn)營(yíng)主要有兩種辦法: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)居民的居民格調(diào)千差萬(wàn)別,大體上可以分成下列種類: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,不需要本錢(qián)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)人員需要發(fā)展繁瑣的項(xiàng)目勘察工作;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)的主要規(guī)范。和一些興旺國(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的比擬成熟的規(guī)范。但是,在該領(lǐng)域比擬興旺的國(guó)家早就形成了相關(guān)的規(guī)范。現(xiàn)階段,國(guó)外比擬常見(jiàn)的窄帶高速PLC規(guī)范主要有三種,分別是PRIME、G3-PLC和ITU-T批準(zhǔn)通過(guò)的G.hnem,上述三種規(guī)范都波及了OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

第一,PRIME規(guī)范。使用PRIME規(guī)范的主要是一些歐洲國(guó)家,首次使用該規(guī)范的企業(yè)是IBERDROLA供電公司。PRIME規(guī)范明確指出了信號(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。2022年,西班牙開(kāi)始電力公司IBERDROLA方案大批量的安裝以PRIME規(guī)范為根底的電表,最開(kāi)始安裝的數(shù)量是10萬(wàn)臺(tái)。

第二,G3-PLC規(guī)范。G3-PLC規(guī)范的提出者有兩個(gè),分別是ElectriciteReseauDistributionFrance,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。在該規(guī)范的支持之下,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規(guī)范在法國(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-TG.hnem規(guī)范。前面介紹的兩種規(guī)范之間互不兼容,這就在一定程度上限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。ITU-TG.hnem規(guī)范的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題,ITU-TG.hnem規(guī)范具有一定的統(tǒng)一性,用戶可以在全球范圍內(nèi)使用該規(guī)范。此外,ITU-TG.hnem規(guī)范兼顧了G3-PLC規(guī)范和PRIME規(guī)范的優(yōu)勢(shì),還具有一些其他獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。總的來(lái)說(shuō),ITU-TG.hnem規(guī)范是一種比擬新型的通信規(guī)范,它在傳送數(shù)據(jù)時(shí)的最大速率可以到達(dá)1Mbps。

目前,PRIME規(guī)范支持的頻帶介于3~95kHz之間,而G3-PLC規(guī)范支持的頻帶介于10~490kHz之間,ITU-TG.hnem規(guī)范支持的頻帶和G3-PLC規(guī)范相同。

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)代的開(kāi)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)和開(kāi)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

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