孫國冉 北京杰智訊通訊設備有限公司
摘 要 高速電力線通信技術可以在電力線上傳遞高達100Mbps以上的數據信號。本文對高速電力線通信中的關鍵技術和相關產品進行了介紹，并說明如何利用這些設備構建家庭或辦公局域網，以及組網過程中經常會遇到的問題和相應的解決辦法。
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關鍵詞 高速電力線通信 PLC OFDM 電力線調制解調器 電力線網橋 局域網
一、前言
一塊辦公區(qū)，沒有進行以太網布線，但辦公計算機之間要相互通信，又不想開墻鑿壁，重新布線，該怎么辦？
在家里想要幾個人聯網打游戲，或者幾臺機器想通過其中一個接到ADSL上，同時上網，又不想拉上一堆亂七八糟的網線，怎樣實現？
你可能想：使用無線局域網！也許可以。不過無線局域網保密性比較差，管理不善，容易被別人侵入，作為辦公網應用，存在安全隱患。在家庭中使用，因為設備質量參差不起，如果無線設備的功率很小，因為房屋中間有水泥墻，信號可能比較差，通信不穩(wěn)定。如果信號很強，有可能對人體有害。況且一套無線設備購置下來，也是一筆不小的開銷。有沒有其他更加安全、可靠的方式在十分鐘以內構建起一個局域網呢？有！就是利用高速電力線通信技術來快速構建局域網。
二、高速電力線通信技術發(fā)展簡介
電力線通信技術的英文簡稱為PLC（Power Line Communication），是指利用電力線傳輸數據和話音信號的一種通信方式。利用電力線通信，已經有幾十年的發(fā)展歷史，如在中高壓輸電網（35kV以上）上通過電力載波機利用較低的頻率（9-490kHz）傳遞低速數據或話音。在低壓（220V）配電網，PLC技術主要用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化，其傳輸速率一般為1200bps或更低，因此稱為低速PLC。通常把傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術稱之為高速PLC，直到最近幾年，由于技術上的突破性進展，才開始出現成熟的產品，投入實際的應用。這一領域中比較有代表性的公司如芯片級廠商：美國的Intellon、法國Easyplug 公司、以色列的ITRAN、西班牙的DS2。設備廠商如美國的ASOKA、韓國的Xeline公司、瑞士的ASCOM公司等。產品的傳輸速率從1Mbps發(fā)展到2Mbps、14Mbps、45Mbps、100Mbps，甚至200Mbps。國內中國電科院、福建電科院一直在進行相關的技術研究，而北京杰智訊等一批設備生產廠家陸續(xù)研發(fā)生產了系列產品，并在不少地方得到了應用。
三、高速電力線通信中的相關技術
在電力線上進行數據傳遞最主要的問題是克服電力線上存在的各種各樣的噪聲。電力線上連接的設備數量、種類比較多，通常會產生各種特性不同的干擾信號；電力線的分支很多、每個分支的負載情況不同。這些因素導致電力線信道的通信特征隨時間、位置和負載在不停地變化。傳統(tǒng)的ASK、PSK或FSK在這樣的環(huán)境下都很難取得理想的高速通信效果，解決這一問題的關鍵是選擇一個健壯性好的調制解調技術。
在大量研究的基礎上，逐漸鎖定OFDM（正交頻分復用）作為電力線通信中的調制解調技術，該技術也是HomePlug電力線聯盟執(zhí)行規(guī)范HomePlug1.x中的核心。規(guī)范中規(guī)定，高速電力線通信的使用的頻段為4.3到20.9MHz，OFDM把這段頻率分成多個子波，最多可達84個，然后把數據調制到每個子波上。多個載波可以同時使用，每個載波傳遞一路低速信息，在接受端對信息進行組合恢復。如果發(fā)送數據時速率為B,同時使用N個載波，每個載波的實際速率就是1/N *B。這樣，可以從多個載波中根據實際環(huán)境，選擇通信質量最好的載波進行利用。在存在噪聲的情況下，盡管某些載波可能受到影響，不能正常通信，但是仍有其他的載波可以利用，通信不會中斷。同時使用前向糾錯技術增強每個載波的可靠性。
高速電力線通信技術中，媒體訪問控制（MAC）協(xié)議是CSMA/CA的一個變種，類似于802.11中采用的MAC協(xié)議，并使用虛擬載波偵測技術有效地減少沖突。
目前高速電力線通信技術支持的速率有2M、14M、45M、100M、200M等多種，但真正商用的產品基本上都是14M的產品。
電力線通信是共享介質的通信方式，為保證數據傳遞的安全性，所有的數據傳遞都要進行加密。不同廠家的產品支持的加密方式、算法不盡相同，如杰智訊電力線通信產品使用的是56位長的DES算法，既可滿足通信安全性的要求，又使設備具有較好的性能。另外杰智訊電力線調制解調器還支持802.1Q VLAN功能，可以把PLC設備分到不同的VLAN中，只有屬于同一個VLAN的PLC設備之間才能直接通信，當電力線通信終端收到不同VLAN中的設備發(fā)送的信息時，直接丟棄，這樣可以有效地防止非法用戶的數據偵聽。
四、高速電力線通信設備分類
高速電力線通信技術是一種寬帶接入技術，其對應的產品，和其他的通信設備分類方式類似，分成用戶端設備和局端設備。用戶端設備通常稱為電力調制解調器，又稱電力貓。電力貓一般提供兩個接口。一個是數據接口，直接和用戶的計算機相接，接口的種類通常是以太網接口或者USB接口；另一個接口就是電源接口，在給電力調制解調器供電的同時還用來傳輸數據信息。
而局端設備根據其功能的不同，通常分為電力網橋、電力交換機和電力路由器，目前應用較多的還是電力網橋，通常會有多個接口。一個或多個耦合接口用來從電力線上以非接觸方式提取由用戶端電力調制解調器發(fā)送的信號，同時把數據信號加載到電力線上。另外有一個或多個以太網接口，用于和其他的網絡設備（如普通的以太網交換機、路由器）相連。電源接口只用來提供電源，并不傳遞數據信號。電力網橋本身沒有數據交換的能力。電力交換機和普通以太網交換機的功能類似，但具有多個從電力線上收發(fā)信號的耦合接口，并且能根據數據鏈路層信息對來自不同耦合接口的數據進行交換。電力路由器的功能和普通的路由器類似，但具有多個從電力線上收發(fā)信號的耦合接口，并且能根據網絡層信息對來自不同耦合接口的數據進行路由選擇和交換。
五、構建局域網的基本方式
局域網的主要功能就是在較小的范圍內把計算機或其他的終端設備連接起來，實現彼此間的相互通信。在辦公室或者家里，只要已經布好了電源線，把高速電力線通信調制解調器向電源插銷板上一插，然后把計算機等終端設備通過以太網線或者USB接口線連接到調制解調器上，配上合適的IP地址，計算機之間就能夠相互通信了，局域網構建完畢。如果使用的是USB接口，需要在計算機上安裝驅動程序，如果使用的是以太網接口，驅動程序都不需要安裝。
如果想把這個局域網和互聯網連接起來，就要用到電力網橋或其他局端設備。通常把電力網橋放在樓宇或者樓層的配電間內，把它的電力線耦合接口通過5類線以非接觸耦合方式把電源線上的數據通信信號提取下來，另一個以太網端口和樓宇內的以太網交換機相連，如果樓宇內以太網交換機已經連接到互聯網上，經過上述的連接，辦公或者家庭以太網就連接到了互聯網上。
采用電力線通信設備構建局域網的組網圖如圖1所示：
六、高速電力線通信中經常遇到的問題
和任何其他的技術一樣，高速電力線通信設備在使用的過程中也會碰到一些問題，這里列出幾個常見的問題。
1. 干擾問題
高速電力線通信最常遇到問題就是干擾問題。電力線上連接的電器種類很多，產生的噪聲種類也就很多，特性各異。主要噪聲源有：
• 個別設備上的開關電源，如有些電腦主機、復印機、打印機等辦公設備的電源；
• 劣質手機充電器；
• 使用可控硅的調光臺燈；
• 變頻空調、變頻洗衣機等新型家電；
• 高頻噪聲源：沖擊鉆、切割機等等。
通常，這些設備的存在不會影響正常的通信。如果設備質量問題產生的噪聲干擾太強，通信不穩(wěn)定，可用排除法找到干擾源，用濾波插座予以隔離。
2. 帶濾波的插銷板
高速電力線通信使用4.3M-20.9MHz的頻段傳遞信號。有些規(guī)格的插座本身帶有濾波功能。如果把調制解調器或者橋接器接到這樣的插座上，有可能會影響正常的電力線通信。遇到這種情況，只要換成普通的插座就可以了。
七、小結
綜上所述，采用高速電力線通信技術構建局域網具有如下特點：
（1）快。線路是既有的，只要把設備插上就馬上能夠使用了。
（2）易。幾乎不用任何配置，操作十分簡單。
（3）省。省心，不用為布線費心，也就不用在使用后，收拾臨時拉扯的線路。
典型的使用環(huán)境：
（1）租賃的辦公室。不想為租賃的辦公室布線，又需要搭建辦公網，可采用高速電力線通信設備搭建。
（2）展臺。現在的展臺，特別是通信展中的展臺，常需要臨時搭建局域網，采用以太網方式，每次都要在布線上花費很多時間，采用高速電力線通信設備構建局域網，方便快捷，充分體現快、易、省的特點。
（3）家庭聯網。大部分家庭中沒有布置。
隨著高速電力線通信技術產業(yè)化的發(fā)展，相關的產品會越來越便宜，種類越來越豐富，必將成為構建家庭和辦公局域網的理想選擇。
