（工商管理专业论文）电力线通信在供配电系统中的增值服务研究.pdf

华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 摘要 电力线通信作为一种极具发展潜力和应用空间的新型通信技术，不仅具有经济 性和适用性强的特点，而且可以实现数据、话音、视频、电力“四网合一 ，并且 在此基础上可以实现许多增值应用。它的出现为用户提供了更多的选择余地，加剧 了电信市场的竞争格局，极大促进了电信市场的繁荣和发展。 本论文通过对供配电系统概况和电力线通信系统的应用现状、技术特点进行分 析介绍，通过具体工程实例，来分析说明如何实现电力线通信如何实现在供配电系 统中的替代和增值应用；通过对当前电信市场的形势和自身潜力分析，探讨电力线 通信的运营模式和运营策略；并对当前存在的问题给出了相应的技术及政策性建 议。 关键词：电力线通信，供配电系统，增值服务 a bs t r a c t a sap o t e n t i a ln e wc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o nc a nm a k e m u c hp r o f i ta n db eu s e di i lm a n yd o m a i n s a n dw i t hi t ，n e t w o r k so fd a t a ，v o i c e ，v i d e oa n d e l e c t r i c i t yc a nb ec o n n e c t e dt oo n en e t w o r kt og e tm u c ha d d i t i o n a lp r o f i tu s e i ts u p p l i e s m o r ec h o i c e sf o rt h ec o n s u m e r sa n dm a k et h em a r k e t sc o m p e t i t i o nc r u e l e r ，w h i l ei t e n r i c h e st h et e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t t h i st h e s i si n t r o d u c e s p o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ss u r v e y a n d p o w e r l i n e c o m m u n i c a t i o n sc u r r e n ts i t u a t i o na n dt e c h n o l o g yc h a r a c t e r sw i t hs p e c i f i cp r o j e c te x a m p l e s t oe x p l a i nh o wt ou s ep o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o ni i lp r a c t i c e a n di ti n t r o d u c e sp o w e rl i n e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tp a t t e r na n ds t r a t e g i e sw i t hc u r r e n tt e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t s s i t u a t i o na n dp o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n sp o t e n t i a l i t y b e s i d e s ，i tg i v e ss o m et e c h n o l o g ya n d p o l i c ys u g g e s t i o n s l i uh u i ( m a s t e ro fb u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l ix i a n g k e yw o r d s ：p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n ，d i s t r i b u t i o n s y s t e m ，a d d i t i o n a lp r o f i t s e r v i c e 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 摘要 电力线通信作为一种极具发展潜力和应用空间的新型通信技术，不仅具有经济 性和适用性强的特点，而且可以实现数据、话音、视频、电力“四网合一 ，并且 在此基础上可以实现许多增值应用。它的出现为用户提供了更多的选择余地，加剧 了电信市场的竞争格局，极大促进了电信市场的繁荣和发展。 本论文通过对供配电系统概况和电力线通信系统的应用现状、技术特点进行分 析介绍，通过具体工程实例，来分析说明如何实现电力线通信如何实现在供配电系 统中的替代和增值应用；通过对当前电信市场的形势和自身潜力分析，探讨电力线 通信的运营模式和运营策略；并对当前存在的问题给出了相应的技术及政策性建 议。 关键词：电力线通信，供配电系统，增值服务 a bs t r a c t a sap o t e n t i a ln e wc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o nc a nm a k e m u c hp r o f i ta n db eu s e di i lm a n yd o m a i n s a n dw i t hi t ，n e t w o r k so fd a t a ，v o i c e ，v i d e oa n d e l e c t r i c i t yc a nb ec o n n e c t e dt oo n en e t w o r kt og e tm u c ha d d i t i o n a lp r o f i tu s e i ts u p p l i e s m o r ec h o i c e sf o rt h ec o n s u m e r sa n dm a k et h em a r k e t sc o m p e t i t i o nc r u e l e r ，w h i l ei t e n r i c h e st h et e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t t h i st h e s i si n t r o d u c e s p o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ss u r v e y a n d p o w e r l i n e c o m m u n i c a t i o n sc u r r e n ts i t u a t i o na n dt e c h n o l o g yc h a r a c t e r sw i t hs p e c i f i cp r o j e c te x a m p l e s t oe x p l a i nh o wt ou s ep o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o ni i lp r a c t i c e a n di ti n t r o d u c e sp o w e rl i n e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tp a t t e r na n ds t r a t e g i e sw i t hc u r r e n tt e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t s s i t u a t i o na n dp o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n sp o t e n t i a l i t y b e s i d e s ，i tg i v e ss o m et e c h n o l o g ya n d p o l i c ys u g g e s t i o n s l i uh u i ( m a s t e ro fb u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l ix i a n g k e yw o r d s ：p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n ，d i s t r i b u t i o n s y s t e m ，a d d i t i o n a lp r o f i t s e r v i c e 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的工商管理硕士学位论文电力线通信在供配电系统中 的增值服务研究，是本人在华北电力大学攻读工商管理硕士学位期间，在导师指导下 进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期：兰! 堡重：竺 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 导师签名： 日期： 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 1 1 课题研究的目的和意义 第一章绪论 近年来，随着互联网技术和构架在宽带技术上的综合业务的飞速发展，信息网 络无处不在，人们对其依赖程度越来越高，如何充分利用高价构建起来的i p 骨干网 络，为满足广大网民的不同需求，为其提供多种业务，特别是语音业务，成为运营 商值得思考的重要问题。但是，传统的拨号接人方式已不能满足广大网民的需要， 宽带接入市场正在飞速发展并日趋成熟。宽带综合布线、a d s l 、利用同轴电缆f 有 线电视网络媒介) 的h f c 、以空气为媒介的8 0 2 1 1 无线局域网接入技术等接入手段 正逐步替代原有的拨号网络，即使如此，其传输速率能否长期适应日益最大的全球 网民的需求仍有待研究和探讨。但他们都有一个共同点，就是需要铺设独立的网络。 如果是新建建筑，只是涉及到浪费的问题，光纤的建设费用更是昂贵，并且其覆盖 面过小；如果是已有的建筑，由于受当时技术及经济原因没有考虑网络接入而没有 建造专用通道，要使用上面的技术就很困难了。采用何种更经济快捷的通信方式并 且能长期适应网民的心理承受能力，使用户终端连接到最近的宽带网络设备，成为 长期困扰服务提供商的一个难点，也是普及宽带互联网接人的瓶颈之一，这也被业 内人士称为宽带网络接人的“最后一公里最后3 0 0 米最后1 0 0 米 问题1 1 1 。 我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路，电网从超高压线路到低压配电 线路，分布极为广泛。截至0 2 年，全国5 0 0 k v 和3 3 0 k v 的电力线路长达2 50 9 4 k m ， 2 2 0 k v 线路长1 0 73 4 8 k m ，1 1 0 k v 线路共计3 1 00 0 0k m ，可饶地球近8 圈。另外， 电力系统还有数十倍和数百倍的3 5 k v 、1 0 k v 线路可供利用【2 1 ，3 8 0 2 2 0 v 低压配电 网络更是覆盖最为广泛的网络基础设施，几乎所有的用电设备都会连接到电力线网 络之上。特别是近年来，国家支持电力部门投入巨额资金实行城市电网和农村电网 改造，使得配电网的运行情况有了极大的改善。实施“两网改造 后，大大提高了 供电可靠性和电能质量( 电压、频率及谐波程度) ，但同时又向电力管理和运营部门 提出了如何充分利用配电网资源这个新的问题。随着电力线通信( p o w e rl i n e c o m m u n i c a t i o n s ，简称p l c ) 技术的发展成熟和日臻完善，这就使得电力线成为组网 的一个自然选择p j 。 p l c 电力线宽带接入作为一种新兴的，极具发展潜力的接入技术。这种接入方 式无需布置新线，分布广泛，接入方便，多用户共享带宽，接人成本低，建设费用 低。两级结构，电力线接人部分采用一点对多点结构，与局端连接采用点对点结构。 可以独立建设为数字化小区服务，可以提供许多附加增值服务【4 1 。 综合以上条件及原因，本课题围绕电力线通信的技术特点、当前的发展现状及 运营前景分析，开展如何在现代电力供配电系统开展电力线通信的增值服务应用及 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 研究，以此促进推进中国数字化进程，推动整个宽带产业的发展与繁荣。 1 2 课题研究的主要内容 本文主要完成了以下几个方面的研究工作： 电力线通信的技术要素和技术特点分析。通过对电力线通信的主要技术、构成 原理分析，研究电力线通信相对于传统通信的优缺点、当前的技术难点和相应解决 方案，为后续分析电力线通信的增值服务提供理论支持。 电力线通信增值内容研究。通过介绍智能建筑化系统，了解电力线通信的可替 代应用内容，从技术和实际应用出发，介绍电力线通信如何替代传统的通信方式， 替代后的电力线通信有哪些增值应用。 电力线通信运营分析。通过对当前电信市场形势和电力线通信的潜力分析与比 较，对电力线通信的运营模式和投资回报进行分析，并得出电力线通信的应采用的 运营策略。 1 3 论文的结构 第一章绪论部分对本文所要研究课题的研究目的及意义作了简要的阐述，说明 了课题研究的主要内容。 第二章通过对供配电系统电压选择、接地方式、配电型式、运行特点及要求的 分析和介绍，结合电力线通信的技术结构，产生背景、发展历程以及国内外研究现 状，研究电力线通信的增值服务是现代电力增值服务的内在要求和必然趋势。 第三章主要介绍电力线通信采用的哪些主要技术、技术构成原理，并对现在已 经运营的各种通信方式进行比较，发现电力线通信的优越性，并找出推广电力线通 信所面临的技术难题。 第四章通过介绍智能建筑化系统，了解电力线通信的可替代应用内容，从技术 和实际应用出发，介绍电力线通信如何替代传统的通信方式，替代后的电力线通信 有哪些增值应用。 第五章通过介绍当前电信市场形势和电力线通信的潜力，对电力线通信的运营 模式和运营策略进行分析。 第六章对本论文的工作进行总结，指出了电力线通信的增值服务面临的问题进 行总结，并对电力线通信的未来做了展望。 2 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第二章供配电系统及电力线通信概述 2 1 供配电系统概论 2 1 1 电力系统组成 电力系统是一个非常复杂的大系统，但其核心由以下几部分内容： 电力系统。生产、变换和输送、分配电能和消费电能( 简称发、输、配、供) 这 连续过程中各种设备连接组成的统一整体，也称为一次系统；为了保证一次系统 的正常、安全、可靠、经济地运行，还需要各种信号监测、调度控制、保护操作等 系统，他们也是电力系统中不可缺少的部分，通常称为二次系统。 动力系统。水电厂的水轮机和水库，火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用 户等部分与电力系统共同组成了动力系统。 电力网络。电力系统中输送和分配电能的变压器和电力线路构成了电力网络。 如图2 1 所示【引。 电力暴筑 谁由隧播 坶廿 蓉轧们 水 l z z 哦v 甲弋，m v k d 一! 卜 川9 ( 勺吣也h 水库 咱眇 d 2 2 0 k vlmi 币a 库 jl “。l il 。牛悄十州q ) _ 七h 锚妒 咱 1 10 0 02 2 0 3 8 02 2 0 3 8 0 载波频率m h z 1 o o 代表产品电力载波机 s t 7 5 3 6 7 5 3 7 ，t d a 5 0 5 1 i n t 51 3 0 ，i t m l 0 ，d s 2 监控、远程指示、设备电力线自动抄表、电网负 高速宽带多媒体数据 应用领域 通信、家庭楼宇智能网 保护以及语音传输载控制和供电管理 络、高速接入 2 3 电力线通信研究及应用现状 2 3 1 国外研究及应用现状 由于电力线上网的潜在市场空间，包括我国在内世界许多国家纷纷投入研究和 开发。十多年前，在美国就有用电力线作为家庭总线的产品一1 0 x 系统。1 9 9 1 年美 国电子工业协会的c e b u s 研究会确认了三种家庭总线，电力线是其中的一种。2 0 0 0 年3 月2 3 日2 4 日，在瑞士的i n t e r l a k e n 召开了国际电力线通信技术论坛成立大会， 该论坛着重制定与p l c 有关的技术标准、讨论并解决相关问题，以促进p l c 技术 的发展，来自1 7 个国家的5 1 个厂商、用户、投资者成为论坛成员，其中包括北电 网络、思科系统等i t 行业的巨头。到2 0 0 1 年初，p l c 专用芯片制造技术的进展明 显加速，美国i n t e l l o n 公司用于户内联网的1 4 m b p s 芯片达到实用水平；欧洲西班牙 d s 2 公司的芯片速率也达到4 5 m b p s ；随之，许多国家的研究机构开展了p l c 技术的 研究和开发，如美国的i n t e l l o n 、i n a r i ( i n t e l o g i s ) 、i t r a n 等公司，韩国的x e l i n e 公 司，欧洲的a s c o m 、p o l y t r a x 、瑞士a s c o m 等公司，p l c 芯片的传输速率从l m b p s 发展到2 m b p s 、1 4 m b p s 、4 5 m b p s 。 随着p l c 技术的发展，相继成立了相关的国际性p l c 组织，例如：由思科、英 特尔、惠普、松下和夏普等1 3 家公司组成了h o m e p l u g 电力线联盟( h o m e p l u g p o w e r l i n ea l l i a n c e ) 、电力线通信技术论：t 云( p l cf o r u m ) 和电力线作为可供选择的本地 接人系统协会p a l a s ( p o w e r l i n ea sa na l t e r n a t i v el o c a la c c e s s ) 等。 2 0 0 0 年4 月，“家庭插电联盟”( h o m e p l u gp o w e r l i n ea l l i a n c e ，简称h p a ) ， 发布了该标准的第1 个版本h o m e p l u g1 0 。在电力线家庭网络中，只需在事先安 装好的万能插座上插入电源插头即可构筑起l a n 。 目前，h o m e p l u g 电力线联盟已有9 0 家公司参与该组织标准的制定工作，并己 制定了第一个标准草案( h o m e p l u g1 0s p e c i f i c a t i o n ) 。这些组织正在研究p l c 技术标 准、市场推进和政府管制政策等问题【1 0 j 。 近两年来，很多国家都建了高速p l c 试验网。试运行的结果表明，高速p l c 技 9 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 近两年来，很多国家都建了高速p l c 试验网。试运行的结果表明，高速p l c 技 术真正进入市场还有待时日。但目前世界众多国家正在大力开发p l c 技术，其前景 无疑是广阔的。 美国：当前美国的电信等行业的经营状况并不好，所以对p l c 运营商来说必 须尽快制定好自己的运营方式和所提供的服务，迅速推向市场。运营方式对p l c 运 营商来说，有两种运作方式，其一是做一个完整意义上的运营商，为用户提供接人 服务，分配i p 地址，传输各种数据业务。第二种就是只提供骨干网，而不直接面 对终端用户【1 1 1 。美国公司p l c 技术的发展模式是家庭联网模式，这种模式只提供家 庭内部联网，户外访问使用其他传统的通信方式。 在美国联邦通信委员会( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ，简称f c c ) 的推 动下，在不久的将来，美国家庭尤其是广大的农村用户，可以通过电力线上网，并 享受到更加廉价的网络电话服务。美国辛辛那提天然气电力公司，计划通过该公司 的电力网提供高速互联网接入服务，并已有众多的电力企业悄悄地进行相关试验。 日本：对于电力线通信技术十分积极的日本东京电力计划到2 0 0 5 年3 月底，将在 该公司的住宅内进行最高速度为2 0 0 m b i t s 的电力线通信( p l c n ) 实验，并于2 0 0 5 年 秋季开始提供电力线通信商用服务，以便利用电力线通信建立家庭内部网。在对电 磁波泄漏现象运用有关技术手段处理后，截至2 0 0 4 年8 月底，共获准在1 4 家服务 商的2 8 种设备中进行实验，最后将根据试验数据重新讨论是否继续冻结电力线通 信的实用化。 德国：r w e 集团从1 9 9 7 年开始与瑞士的a s c o m 公司合作开发p l c 技术，2 0 0 0 年5 月开始进行2 0 0 户参与的现场试验。2 0 0 1 年3 月，r w e 公司和a s c o m 发起一项 名p o w e r n e t 的计划，两家公司将向大约2 万用户提供这种利用电源线路的互联网 接入服务。2 0 0 1 年7 月开展了r w ep o w er n e t ( p l c 高速上网) 、r w ep o w e r s c h o o l ( p l c 学校联网) 和r w ee h o m e ( 智能建筑遥控与自动化) 三项业务1 1 。 英国：英国n o r w e b 通信公司早在1 9 9 0 年就开始了高速p l c 技术的研究工作。 1 9 9 7 年1 0 月，n o r w e b 和北方电讯联合宣布实现了技术突破，可提供1 m b p s 的通信 速率，并进行了小规模的现场试验，但由于技术不成熟等原因，这一次热潮没有持 续多久，最终未能得到消费者的普遍接受和政府部门的认可1 1 引。 韩国：韩国在开发利用电力线路实现高速因特网接入和电话服务的新技术方面 也取得了重大突破。韩国的x e l i n e 公司在2 0 0 1 年3 月推出p l c 产品解决最后一 公里接入、家庭网络应用的方案，在韩国汉城建立了与互联网相连接在示范点。该 公司并在德国、日本、美国、中国等地建设了p l c 试验点i ”l 。韩国商务、产业与能 源部说，已经与韩国电力公司、韩国电气技术研究所以及k e y i n 通信公司合作，拟 将这一技术商业化。 其他国家：以色列m a n e t 和德国m v v 的合资公司p p c ，已在1 1 个地区进行 1 0 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 了高速p l c 的测试，包括西班牙、瑞典、荷兰等国家。在德国有1 5 个试验点，每 个试验点有2 0 1 0 0 个用户不等。2 0 0 1 年7 月开始商业化，在曼海姆和h a m e l u 开 展业务。该公司正与意大利一公司合作试验自动抄表。奥地利能源公司t i w a g ，在 1 9 9 9 年3 月与a s c o m 合作，2 0 0 0 年6 月开通试验，其中包括语音测试。2 0 0 1 年 5 月向a s c o m 订购1 0 0 0 台高速p l c 终端设备，2 0 0 1 年1 0 月开始安装，到2 0 0 2 年2 月，已安装了2 7 0 个用户。现已实现了有线电视信号传输的测试。瑞士日内瓦大学 使用瑞士a s c o m 的产品，在学校校园内建立起高速p l c 网络，为大约5 3 0 多名来 自8 0 多个国家的学生提供了高速的i n t e r n e t 接入【1 2 j 。 2 3 2 国内研究及应用现状 我国研究p l c 技术起步较晚，但发展速度较快。中国电力科学研究院自1 9 9 7 年开始研究p l c 技术，主要考虑p l c 技术用于低压抄表系统，传输速率较低。1 9 9 8 年开发出样机，并通过了试验室功能测试，1 9 9 9 年在现场进行试运行，获得了产品 登记许可。1 9 9 9 年5 月开始进行p l c 系统的研究开发工作。主要对我国低压配电网 络的传输特性进行了测试，并对测试结果进行了数据处理和分析，基本取得了我国 低压配电网传输特性和参数，为进行深入研究和系统开发提供依据。2 0 0 0 年开始引 进国外的p l c 芯片，研制了2 m b p s 的样机，2 0 0 1 年下半年进行了小规模现场试验， 实验效果良好。 2 0 0 1 年1 2 月，福建省电力试验研究院研制成功高速电力调制解调器( 俗称电 力猫) ，实现了在低压配电网络上进行1 0 m b p s 通讯，并于2 0 0 2 年4 月底在北京进 行了二幢楼的电力线上网试验。目前运行正常，用户反映良好。据了解，目前福建 省电力试验研究院已专门注册了“闽电方拓通讯设备有限公司 ，该公司将在近期 开始正式运营，以推广这项新技术。至2 0 0 2 年底，“电力线上网 有望进入福建百 姓家庭。 深圳国电科技有限公司是国家电力公司直属企业，2 0 0 0 年初就开始研制户内 p l c 产品。福建省电力公司科技部2 0 0 0 年初立项，研究利用p l c 技术控制家用电 器的科技项目，2 0 0 1 年取得了一定进展，采用传输速率为l o k b p s 的p l c 模块，可 控制家用热水器、d v d 等家电的开启。 中国电力科学研究院于2 0 0 0 年5 月同韩国k e y i n 公司技术人员在华北电力大学 小营家属区和中国电力科学研究院南家属区联合测试了该公司速率1 3 m b p s 的e - - m a g i c 3 0 0 0 产品，实际测试速率达到1 m b p s 。当然，这一技术在国内实现突破还 面临着一定的问题，因为我国的低压电网比较复杂，每一个家庭的用电量差异比较 大，用电负荷也不断变化。但我国的电网建设虽与欧美等国相比有一定差距，线路 总体质量还是比较高，近年来的线路改造又大大提高了线路质量。假如技术再进一 步成熟，通过电线上网将不再是一个遥不可及的梦。 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 国电通信中心为落实国电公司领导对p l c 技术的研发应用进行统一组织、统一 管理的要求，在国电公司科研部的支持下，加快了p l c 技术应用的推进速度。国电 通信中心采用国内外电力线通信( p l c ) 组网设备，在北京某生活小区成功地进行了 i n t e r n e t 接人试验，并获得了较理想效果。 我国目前电话用户不到3 亿，但用电用户已超过1 0 亿。假如以电线来构架互 联网络将比现在铺设光纤的方式节省大量的人力和物力，这同时也孕育着一个潜在 的巨大的电信运营商的诞生【1 0 l 。 1 2 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第三章电力线通信的技术要素及特点分析 3 1 电力线通信的主要技术 从技术角度而言，在利用电力线作为传输媒介的通信过程中，主要因可变的信 号衰减和电力线阻抗、阻抗调制、脉冲噪声和等幅振荡波干扰等不利因素而使得信 号在电力线上的传输受到较大的影响。在电力线上传输高速数据信号一般采用如下 方案： 3 1 1 电力线数字扩频技术( s s t ) 扩频通信利用高速率的扩频码对数据进行调制，拓展信号带宽，降低干扰信号 的功率谱密度，达到提高信噪比、抗干扰、多用户共享带宽，而在接收端通过相关 接受来恢复原始信息带宽的一种技术。其原理图如图3 1 所示： 图3 - 1 扩频通信原理图 3 1 2 正交频分多路复用技术( o f d m ) 目前宽带p l c 接入广泛采用0 f d m 调制技术。0 f d m 由大量在频率上等间隔的子 载波构成( 设共有n 个载波) ，各载波通常可以采用不同的调制方式调制，一般为 b p s k 、q p s k 或q a m 。串行传输的符号序列被分为n 组，n 组分别调制n 个子载 波，将n 个子载波相加后，同时传输多路数据，每路信号的码元周期较长，可以避 免码间干扰。所以o f d m 实质是一种并行调制技术，其原理如下图3 2 所示1 1 4 j ： 3 1 3p l c s o c 芯片技术 低压高速p l c 的关键技术是p l c s o c 芯片设计。参照开放系统互连参考模型， 高速p l c 通常采用三层的分层设计方案。采用高度集成的芯片组可以很容易地实现 这简化的三层体系结构：其底层包含物理层、低层链路协议和媒体访问控制( m a c ) 子层，可补偿电力线的任何危急状态；第二层为数据链路控制；最高层为应用层。 1 3 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 图3 - 2o f d m 系统原理图 在物理层中采用了独特的扩频技术提供了快速同步，使电力线通信实现高速、 可靠、实用，使数据以连续序列的比特传输于短帧之中。物理层也介入快速的均衡 作用，使接收信号所受到的噪声和频率衰减得到补偿。可靠的低层链路协议及数据 链路协议层具有三项关键的特性( 较短的电力线帧，可靠的纠错与检错，自适应均 衡) ，使这种大型、多节点网络能可靠地运行于电力线。 3 1 4 中压高速p l c 技术 配电网络的中压部分覆盖了从变电站到用户变压器之间的区域。在变电站先将 电压降到可在配电网上继续传输的水平( 在美国大约是3 , - - - , 3 4 5 k v ) ，到达用户变压器 以后再进一步降至民用安全电压值。此间，信息过变压器是个难点，尽管新技术 双向工频通信方式解决了直接跨越变压器传输数据的难题，但该技术仅适用于调制 信号频率是工频3 7 倍的较低频率方式，而对于兆赫兹级的调制信号而言，则考 虑采用旁路电容、使用额外电缆或采用相应的无线装置等措施来解决。更多的则是 在变电站一般设有信息处理局部中心，处理后的信息接入不同的电话网、互联网和 电力信息网【1 5 】。 3 2 电力线通信技术的构成原理 电力线上网系统的组成和其它上网系统一样都是由前端( 中心站) 、传输网络和 终端( 用户) 三部分组成的。所不同的是它以电力传输线替代了其它专用的传输线路 及其所特有的一些设备，其宽带接入拓扑结构如图3 - 3 所示f 1 6 】： 电力线通信技术是为提供端到端接入而设计的。它贯穿了从电源插座和用户 终端到电信网络的接入点。p l c 主要由电力线网络单元、电源线网络终端、耦合设 备等单元构成。 ( 1 ) 电力线网络单元( p n u ) 。它负责控制电力线网络并从单元配电网集成话务。 通过适当的电信干线接口，p n u 再将话务传至馈电网络。根据馈电网络使用的不 1 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 图3 3 电力线宽带接入网络结构图 同介质，p n u 也可转换来自低压配电网的数据话务。 、( 2 ) 电源线网络终端( p n t ) 。它为最终用户的p c 机或用户提供其他适当的接口， 如以太网或u s b 。为了降低成本，这一独立设备能够和p c 或其它设备相集成。 ( 3 ) 耦合设备( c o u p l i n gu n i t ) , 山它将使信号传入线路并过滤噪声。目前它还是一 个插入电插座的相对独立的设备，今后它可能会和p l c 调制解调器集成于一体。p l c 调制解调器和p c 内的偶合设备的集合体有一天将使p c 可以直接在网上运行。 ( 4 ) 配电网。它是一种共享介质。在典型的城市配置中，它则转化为与一个变 压器相连的大约1 0 0 到2 0 0 个用户。电力线通信主要是把一数字通信设备插入到变 压器用户侧的输出电力线上。该通信设备可以通过无线、x d s l 、电缆和光纤等各种 方式与主干网相连，向用户提供数据、语音和多媒体等业务。在通信设备内部，高 频网络信号与低频电信号一起耦合到用户端电力线上。在配置设备时，一般在配电 变压器侧设置一台电力线路由器，用于将电力线信号和传统的宽带信号进行瓦相转 换。一侧向连在该配电变压器的每一根电力电缆注入和提取p l c 信号，另一侧通过 传统通信方式如光纤连至i n t e r n e t ：在用户侧，每个用户需要一个网关来中继和放大 来自配电变压器侧和用户内的p l c 信号【1 7 】。 3 3 通信方式比较 由国家标准智能建筑设计标准( g b t5 0 3 1 4 2 0 0 0 ) 关于通信网络的定义：“智 能建筑内的语音、数据、图像传输的基础，同时又与外部的通信网络相联”。按照 通信网络的传输方式、传输媒介和传输技术，我们可以对接入网进行如下划分，如 图3 - 4 所示【1 8 l ： 现代电信网是由核心网、接入网及用户驻地网等3 部分组成。接入网位于电网 的末梢，与骨干网相比，具有建设工程复杂、投资大、维护难的特点。近几年来， 骨干网随着密集波分复用技术的引入，光纤利用效率大大提高，传输容量得到极大 1 5 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 的拓宽。而接入部分技术发展相对缓慢，已经成为整个电信网的瓶颈。实际上，当 今网络宽带化的重点和难点在于接入网，而不是骨干网或网络的其他部分。正因为 如此，宽带接入技术和宽带接入网的建设一直受到各国政府、电信设备制造商和电 信运营商等方方面面的重视。目前，我国已经建成了以电信网、有线电视网和计算 机互联网为代表的三大网络系统。主要应用的宽带接入技术有a d s l 技术、 f t t z f t t b + 以太网技术、i s d n 、d d n 专线、本地多点分配业务( l m d s ) 、无源光 网络( a p o n ) 、s d h 、p l c 电力线宽带接入等。 r 数字线对增益( d p g ) 厂铜线接入网 h d s l l la d s l 等 i厂肿 r 有线接入网弋光纤接入网t = 接入网 _ l 混合接入网 鬈式数字图像( s d v ) ir 微波 i厂固定无线接入网t 卫星( v s 删直播卫星) 无线接入网 i厂无绳电话 li 蜂窝移动电话 l 移动无线接入网j 无线寻呼 、 l 卫星移动 i l 个人通信 图3 - 4 接入网分类 上面我们列出了市场上已经运用了的一些接入方案，我们可以把目前经常运用 的接入技术作一个比较，如表3 1 所示【1 9 l ： 3 4 优缺点分析 3 4 1 电力线特性优点分析 与其它接入技术相比，电力线宽带接入网络具有如下许多优势： ( 1 ) 投资少、工程实施简单。电力线用于电力传输，遍布城市、乡村，用于通信 不要花钱铺设电话线、电缆线、光缆等传输线路，充分利用现有的低压配电网络基 础设施。任何一个插座都能成为通信节点，一方面避免了大规模综合布线造成的大 量投资；另一方面避免了开通率不高或信息点布设不合理造成的投资沉淀浪费；同 时，只在用户需要接入的时候部署局端和接入设备。投资目的性强、滚动性好，无 需任何布线，是一种“n on e ww i r e s ”技术，节约了资源。充分利用现有的低压配电 1 6 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 鞯 筮 幅 恹 一 辎 旺 壮 i - i m 群 崤 口巨螺 槽 旃 露 以州r 脚竹 胬蝽 嚣 静挺 雌釜芝旺 葵 镊榔 忸r n t 鲻g 辎i i = i e 倒 在 孝蓁 酶旺 蕃菡 饕篱鑫萎 匿岳 罐西船 旷嚣 艟哩 旺萤他 韶瑶登 女螺 米辂 御盘葚 塔 藿蓬甚- i - - - t 蓁薹蓁萋 岳胬 址荽裂 h 姐 枇鲻哪喜誉 靛盛 l r 额 蓑曼疑 螺鞲 h 叵 鑫 惶旺螂 蔷嚣套 。、倒鄹 * 掣莲 畚档 艟米捌辎忙 鞋 耐凶q n 憾舞倒徘*删林 蛭 骚蒜k憷按幄1 烈 靶 牛韬 茁蚪罡疆辗 恃避例懈 舌删 掣蕃裁姆 帑十 蘩 郧帮集“嚣 墨琴裁蓦 倒蜒 型宣 划摧 倒塔 限蚺证 甘掣辎盛悄蛞黑长 到勰i慧p q 一 望掣虫 一 匿 碓阵 喧 0 叵繇髑圣辎需臻趟 辎旺譬毪彝 假趔r 搬口詹糖辖却 g 划碲坪皿霞拯槠 铆擗球旺逃 旺脚 斟旺马i 曰忙球宾螺喋 咖辑址倒锰詹辎冒皿姆凶樱 棼 淝宰瞰一 皿善旺旺翳帷髦r 鞲辖*始帮靶旺2褥蚺腔睾妹帐酱捉 嚷 缀 翼萎 螺 七 鬈 锄 娘 , - 1 - - j i r 扩 集 辎 日 卅 章 癸 匣米h铆 + 繇 叮 匿姬 媾 喇 阳 墩 硪嗽 帮翌 1 k 褂 仁叫 i h ”o 商 叶，j函 倒 - i , - 1 善 。 o - 一 一 爵盘 o 。 2 = = _ 一i r 幅 螺 搬r暇匿 恹 一 垛 懈 御一一驽 一 u斑v 辎= ：叵 辎 9 臼 米辎密珊磊辩辎z 1 7 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 网络基础设施，无需任何室内布线，无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物和公用 设施的破坏，同时也节省了人力。这种线多用方式，使电力通信运营商减少基础 设施投资，成本低，同时大大加快了工程实施的进度能很容易开拓新市场，服务容 量也极易扩展。 ( 2 ) 传输速率高。从理论上分析，输电线作为通信线路的传输速率，根据使用的 频率不同，目前，其传输速率依设备厂家的不同而在4 5 m 4 5 m b p s 之间，远远高 于拨号上网和i s d n ，比a d s l 更快。足以支持现有网络上的各种应用，而且更高 速率的p l c 产品正在研制之中。德国电信已做过数据传输( 上网) 试验，用a d s l 每 秒传7 6 8 万字节，而用输电线每秒传1 2 0 万字节。 ( 3 ) 使用方便，易于组建家庭局域网。从理论上讲，只要有公共电网的地方， 就可以直接连通互联网以及家用电器，高速p l c 接入的终端用户可在家庭任何一个 电源插座上宽带访问互联网，与通常只有一个接口的以太网或a d s l 相比，更加方 便，并且1 4 m 带宽足够承载语音、数据、图象等综合业务；在家庭单元内部，通过 各个房间的电源插座和电力线，将家用电器和其它相关电器、电子设备等通过智能 家居控制器( h c ) 互联，构建智能家居控制网络，实现控制远程化、家居智能化和 安防自动化，使人们尽享智能化家庭的舒适和便利。 ( 4 ) 使用费率低。电力线通信是传统供配电网络的增值应用，基础建设投资少， 应用范围广，服务质量高，同时随着用户数量的增加，平均固定单位成本将越来越 低，电力线运营商将会获得越来越大的利润，有助于其追加成本的投资，提高服务 质量，降低服务价格，形成一种良性循环。 ( 5 ) 永远在线。电力线架设以后，用户用p l c 技术网，不用烦琐的拨号过程，接 入电源就等于接入网络，不必考虑线路畅通等问题。 ( 6 ) 加剧了市场的合理竞争。可以为用户提供价格低廉，服务优质的高速因特 网访问、宽带电话和有线电视等传统服务项目，为满足用户的需求提供了新的选择， 提升了自己的竞争地位，同时也加剧了市场的有序竞争。有利于电信网、有线电视 网和计算机互联网等相关服务运营商改善服务、降低价格。 ( 7 ) 有助于现有电力线资源的增值应用。电力线通信利用其永远在线、传输速 率高、使用方便，易于组建局域网等优势，可以快速、便捷、经济的实现电力线资 源的增值服务，创造额外的巨大潜在价值，如第五章所述。 3 4 2 电力线特性缺点分析 电力线通信与传统通信技术相比，有其独有的优势，但因为技术的不成熟和相 关标准的不完善，从现阶段看，还有一定的不足，如下： ( 1 ) 传输速率。从理论上讲，电力线的传输速率根据频率的不同可以达到 4 5 m b p s ，但这是理想条件下的最高速度。由于电力线通信是一种“共享带宽”的技 1 8 华北电力大学工商管理硕+ 专业学位论文 术，因此在一个接入点内有越多用户同时上网那么分配给每个用户的有效带宽资 源就越少，上网速率将大打折扣。另外，电力线通信是基于铜线的接入技术，传输 速度受铜线的限制。相对于比较成熟的以太网接入技术，电力线上网技术必须寻求 宽带拓宽的空间。因为以太网接入技术的带宽拓展性非常好，它的带宽可以拓宽到 1 0 0 m ，甚至1 0 0 0 m 。如果电力线上网不能解决带宽的拓展问题，在与其他接入方式 的市场竞争中就会有被淘汰的危险。 ( 2 ) 通信距离引起的信号衰减。有保证的通信距离直线传输约2 5 0 m ，水平电网 覆盖约1 5 0 0 m 。过分地追求通信距离的延长，在一定程度内虽然能够通信，但速率 和可靠性会有相应的下降，并且有可能引起信号的衰减。为了使接收端的信号强度 满足要求，应在网络的适当位置设置中继放大器，以补偿线路对信号引起的衰减。 使放大器的增益和线路的衰减量相适应。 ( 3 ) 保密性。利用电力线通信，目前很难保证它的信息安全。因为电力系统的 基础设施和使用特性决定了它是一个开放性结构，虽然采用了技术保护措施，但还 是很难保证信息的安全性。 ( 4 ) 电力线通信的稳定性。电力线不同于普通的数据通信线路，当作为一种数 据传输的媒介时，遇到许多干扰：首先，电力线上有许多不可预料的噪声和干扰源， 如吸尘器、开关电源、电冰箱、洗衣机等，其次，电力线通讯具有时间上不可控、 不恒定的特点。与信号洁净、特性恒定的e t h e r n e t 电缆相比，电力线上接人了很多 电器、音响设备，这些设备任何时候都可以插入或断开、开机或关闭电源，因而导 致电力线的特性不断地变化，会对电力线上网产生一定的干扰，尤其在2 0 m h z 频 段左右。特别是，我国的低压电网建设一直不太规范，在农村和城市郊区随处可见 横七竖八的电线，电能质量差，而且每个家庭的用电负荷在不同季节和不同时段也 不相同，这些不同会引起电压的变化，其变化肯定会带来干扰，家庭电器产生的电 磁波会对信息的传输产生干扰，影响上网的质量，从而对电力线上网的推广产生影 响。也使电力