欧洲的宽带电力线通信接入系统

　　摘要：划分从网络系统结构与系统组成、平安性与私密性、传输距离与笼盖范围、小区间干扰、旌旗灯号耦合方式与安装几方面介绍了欧洲宽带电力线通讯(PLC)接进系统的一个实例。现场实验讲明，PLC系统室外部门使用低频段，室内部门使用高频段可解决通路消耗与电磁兼容性问题；时分多址和时分双工将成为比力好的候选技术；在无中继器情况下，年夜室外传输距离可达250-300m；保证相邻PLC系统之间上行时隙和下行时隙的同步能解决邻室PLC系统间的干扰问题；选择适当的旌旗灯号耦合方式对获得秀笼盖十分重要。　　作为有一种成本有用的后1英里接进技术，带宽电力线通讯(PLC)近几年引发了界极年夜的关注。它经由过程低压电力线向室第用户和企用户提供数据和话音营。今朝已有若干种PLC系统在进行现场实验。在欧洲、德国、西班牙、法国、奥地利和瑞士都起头年夜规模现场实验。PLC接进网一般都笼盖从变电站到用户室第的公共区域(室外)和用户家庭的私人区域(室内)两部门。可用于通讯的频谱在1-30MHz之间。在此频谱范围内，室外部门通讯凡是使用较低频率，室内部门通讯使用较高频率。年夜大都系统能提供的高纯数据速度为几兆比特每秒以上列国都在豫备迎接这一挑战。本文主要介绍欧洲的一种电力线接进系统，以飨读者。　　网络系统结构和系统组成　　为了桥接变电站至用户室第电气插座的后1英里，必需把低压配电网分成室外PLC和室内PLC两部门。这是由于整条通路的消耗凡是很是高，在知足电磁兼容(EMC)要求给出的电力限制情况下，只有年夜约10的用户才能享有直接由单跳链路提供的服务。　　室外部门包括从变电站到室第接进点(HAP)的公共区域，室内部门系指从HAP抵家里电气插座的私人区域。这里介绍的PLC系统是一个集中式的主/从系统结构。这类结构反映了电力线网络拓扑和点到多点网络流向的特征。室外主控器(OM)凡是安装在变电站，它控制用户室第的室外接进点(OPA)。为了笼盖远处的建筑物，还要有一个室外中继器(OR)。　　在每室第内，都有一个自力的室内PLC部门，它由室内控制器(IC)进行控制。IC的控制对象是室内适配器(IA)，IA给终用户提供尺度网络接口(如以太网、UBS和模拟电话线等接口)。室内外的PLC经由过程OAP与IC之间的以太网链路进行毗连。OM为主干毗连提供以太网接口。主干毗连普遍使用光纤和数字用户线(DSL)。对于无线有电信根蒂根基举措措施的变电站，可以使用中等电压PLC作为取代方案。　　室外PLC使用1-10MHz的低频段，室内PLC使用15-30MHz的高频段。每频段能容纳3个载波，每载波带宽约为2MHz。载波频率的分配基于一下斟酌：*与原有重要的广播与余无线电营的频率共存；*频率低意味线路消耗小，适合于室外使用，以便笼盖年夜范围；*室外与室内频率要有足够隔离度，使室外系统在很是靠近时(例如OAP与IC)不用协调即能同时工作；*室内距离一般短于室外距离，故室内可以使用较高的频率，而且电气装备在较高频率时发生的信道噪声比低频时小得多；*由于在高频时分歧相之间得串话特征较好，每相得旌旗灯号和几近不异，故室内系统的性能较少受服务于IA的分歧相或网络分支的影响。　　PLC协议包括物理层(PHY)、媒体接进控制层(MAC)、逻辑链路控制层(LLC)、和与尺度以太网数据链路控制的桥接功能。　　PLC-PHY基于GMSK调制，并采用判决反馈平衡(DFE),以处置多径扩散。为了袒护脉冲噪声，DFE与软判决算法配合使用，经由过程调整卷积码的码率每载波可以提供3种分歧的用户数据数率。码率与载波的选择将顺应于下行链路(主到从)和上行链路(从到主)两个标的目的上的信道情况和每一个主/从链路的信道情况。　　PLC-MAC的设计基于需求驱动的动态频率与时间朋分。在每载波上，时间被分成帧与时隙。主控器每帧向被控部门指配一次发送载波和接受载波和时隙。是以，在每帧的根蒂根基上，在PLC工作用户之间可以动态同享的年夜累计吞吐为4.5Mbit/s。由于链路按时分双工方式工作，故每频率都将在两个标的目的上使用。这保证了具有频率高度相关通路消耗之传输媒体内的链路对称性。　　PLC-LLC为以太网桥提供靠得住稳固的分组传输。为了恢复PLC链路级上被污染的LLC数据块，采用了选择性自动重复请求(ARQ)方案。此门的纠错方案较着下降了TCP/IP的分组丢失率。在实验中，支持4种营先品级：话音、金、银、全力而为。在重载系统中，载吞吐和时延方面，高先级营的性能将于低先级营。　　平安性和私密性　　由于电力线是一种同享媒体，获取数据和监视数据长短常轻易的，是以要求加密。在本系统现场实验中，是用Rivest,sCipher4(RC4)来完成加密的，年夜可能密匙长度为128为。它在加密力度与数据处置要求之间提供了很好的折衷。密匙的交换从命Diffie-Hellman算法。　　当每PLC节点完成以太网桥接功能后，PLC系统就相当于一个具有以太网透明接口的局域网。为了庇护在统一PLC网中的两台计较机之间不发生非法接进，系统支持合适IEEE802.1Q尺度的虚拟局域网(VLAN)。为了让终端能够使用同享的电力线，把PLC节点分配到分歧的VLAN组，就要为对属于统一用户的PLC节点分配不异的VLAN身份号(VLANID)。是以，进进电力线网的每以太网帧将标有VLANID。PLC只桥接具有不异VLANID的以太网帧，而其它帧将被抛弃。　传输距离与笼盖　　通路消耗和当地噪声是限制室外传输距离的主要身分。通路消耗取决于电缆类型、电缆长度、耦合适配、分支数目和路边配电盒数目等。一般，通路消耗随着频率和距离的增加而增加。但另外一方面，电力线噪声却随着频率在-80--65dBm/MHz之间变更。　　对笼盖范围只能按几率方式进行估测。对3个自力室外载波(2.4、4.8、8.4、MHz)的笼盖范围估测。它基于通路消耗模子，此模子是凭据从欧洲分歧室外网收集的统计数据推导、并假设按对数线性距离定律和对数正态散布(尺度误差为12dB)获得的。按此估测，当使用2.4MHz载波时，成功毗连距主控站200m的用户的几率年夜于90，斟酌到这3个载波的通路消耗是部门相关的，故在250m时，至少有一个载波的笼盖几率可以到达90。为了延长传输距离，可以使用OR。OR与OM分享频率资本，可以安装在路边配电盒内。用户住地的OAP除具有网关功能外，也可承当中继功能。　　室内的笼盖统计数据标明通路消耗与距离之间只有适度的相关性。通路消耗主要取决于沿旌旗灯号通路的配电分支数目，数目可以凭据采用简单对数正态散布的随机模子、尺度和平均误差，视建筑物而定。现场实验成效讲明，只要安装适当，在室内90以上的电气插座都可以被笼盖。　小区间干扰　　理论上，重复使用频率的相邻PLC系统相互之间是会发生干扰的(即小区间干扰)。在室外网络中，估在小区的边缘会发生这类干扰，这主要是由电缆结尾(位于路边配电盒或链路盒)的残余串话酿成的。但现实在室外很少发生小区间干扰。　　室内相邻PLC系统之间的干扰是主要问题。在许多情况下，在相邻IC之间室外通路的消耗是接近或小于室内链路消耗的，所以在小区之间对上行时隙盒下行时隙的使用进行协调，就可把IC之间的干扰减至小。按此概念，可以把一个IC界说为一组潜在干扰IC的同步主控器。下降小区间干扰的另外一方式是把IC耦接在配电表盘以后。　　　耦合与安装　　在三相电力线网中，可以哄骗相到中性线的耦合方式。一般讲，相到相耦合方式较好，发生的辐射较小。　　电感耦合盒电容耦合方式都可以使用。电感耦合可以哄骗铁氧体等高饱盒环形磁心来完成。咬接在电力线一金属线上的铁氧体磁心相当于一个单匝高频变压器。在低阻抗(电流年夜)的地方应当使用电感耦合，而在高阻抗(电压年夜)的地方则应使用电容耦合。电容耦合是比力适用于变电站的技术，尤其是当电流额定值高于200A、空间受限制、几条馈电线必需获得一样好的服务的时辰。　　对配电盘小巧的变电站来说，单点耦合到汇流条是比力适当的解决法子。对配电盘笨、年夜并有多条(6-10条)馈电线的老式变电站而言，采用多馈电线耦合技术(使用电力分合器S/C)比力有益。　　假设只为一个家庭服务，OAP和IC联合电容耦合就是选的法子，由于这样做比力简单。在有多个住户的室第里，则在配电表以后采用多点电感耦合可以旁路楼里的配电系统。在较年夜的多层建筑里，凡是的做法是在中心楼层的立管处毗连OAP和IC。这在室外通路消耗与室内通路消耗之间能够取得较好的平衡，由于在生齿较密的室第区，室外电力线部门通常为较短的。　　总之，选择合适的耦合方式对笼盖范围是十分重要的。准确的耦合方式可以削减10-30dB的通路消耗。在安装方面多下功夫一定会获益。　　从欧洲电力线网络的一个现场实验系统获得的统计数字。改系统包括153个室外网络和342个室内网络就需要一个中继器，对于OM旌旗灯号的毗连，凡是采用多馈电线电容耦合。OAP和IC则划分毗连至电力线。有10的情况需要在相邻室内PLC系统之间进行协调，以免干扰。