宽带通信搭上电力线的便车

朱 杰

提到家庭上网,你或许会下意识地想到电话拨号、ADSL专线等传统上网方式,其实一根普通电力线,也能充当计算机与互联网之间的通信桥梁。日前,国际电气和电子工程师协会(IEEE)正式宣布,全球首个电力线宽带(BPL)标准规范的第一份草案已经获得通过。这意味着,我们将很快可以感受到电力线组网带给我们的方便和快捷。

电力线上网的技术瓶颈

由于电力线宽带刚刚走入普通用户的视野,因此不少人都误认为它是一种新生事物。其实电力线上网早在十几年前就已经实现,而且目前有很多企业和机构都能够提供电力线上网的产品和服务。所谓电力线上网,就是一种将电力线作为传输数据载体的通信方式。相比现有的宽带上网模式,电力线宽带具有很大的便捷性,在房间任何有电源插座的地方,不用拨号,就可立即享受到高速网络接入服务,来浏览网页、拨打电话和观看在线电影,从而实现集数据、语音、视频以及电力于一体的“四网合一”。另外,我们还可以通过这种方式将房屋内的电话、电视、音响、冰箱等家电连接起来,实现“数字家庭”的梦想。

然而,尽管电力线上网具有不需重新布线、容易安装与使用、成本低等优点,在家庭联网、最后1公里接入等应用方面也有商机,但是由于一些技术上的限制和干扰问题,电力线上网的市场应用从该技术诞生时就受到了很多限制。

首先,通常的电力电缆都是为50Hz或60 Hz低损耗输电而设计的。当把它们用于连接互联网时,意味着必须传送9 kHz到30 MHz频率之间的信号。这些频率在电力电缆上会有泄漏,也就是说部分高频信号功率会以电磁波的形式辐射出去,故电力电缆相当于低效率的线性天线,电力线信道好像一个开放的无线信道,要蒙受噪声、衰落和干扰,同时也要干扰他人。当电力线宽带系统得到广泛使用时,除了引起使用相同频率的相邻系统相互之间干扰和保密问题之外,还会对其他无线电通信造成干扰。

此外,电表也容易成为带宽瓶颈,电力线上网的数据需要通过电表传输,带宽往往在这里产生非常大的衰减。不同的电表设备在设计上差别很大,特别是对于电容器置前的電表产品,由于会使高频信号发生短路,通过该类电表上网所产生的衰减很大。

还有,小区网络间的局域网安全问题也值得关注,因为一个电力宽带网就等同于一个同用户组的LAN。如何减少电磁波泄漏,不对其他通信及周围设备造成负面影响也是业界关注的重点。

电力线上网有法可依

为了解决电力线上网出现的问题,有越来越多的国际组织投入到该技术的研究中,由此也产生了很多电力线上网标准,如欧洲BPL标准、北美BPL标准等。但由此产生的后果是,基于不同标准的产品互不兼容。为了让宽带电力线通信更好发展,2005年7月,国际电气和电子工程师学会IEEE成立P1901工作组,致力于统一电力线宽带通信的技术标准,内容涵盖电力线宽带通信的室内联网和室外宽带接入,以及两者的互操作性三部分。IEEE P1901标准旨在定义即将使用的通信信道的特性。可以说,该标准的制定将帮助制造商开发用于实现电力线通信的商业化设备。

在IEEE P1901标准中,一个重要的部分就是定义媒体存取控制层(MAC)和物理层(PHY)规范,这将保证高速通信设备能够更容易与交流电力线一同使用。IEEE P1901将用于提供第一公里及最后一公里宽带接入服务的电力线宽带设备中,也用于使局域网和其他数据分发系统能够借助建筑物内铜电力线进行通信所需要的各种设备。该标准将设法创建一种均衡、高效的电力线宽带信道,而且这种信道将具备所有用户需要的带宽和服务质量(QoS)。

IEEE P1901标准中定义的物理层和媒体存取层将确保在同一网络中工作的通信设备能够相互共存而不会发生冲突。它还将实现来自不同供应商的通信设备之间的互操作性,因此终端用户可以根据自身需求创建可行的系统。在未来的电力线网络系统中,通信信号被加载到配电网馈线上,并通过中压线传输到住宅或商业机构的降压器。一个中继器/路由器会提取信号并将其置于低压线上,随后通过一个插在任何电源插座上的调制解调器就可以对低压线上的信号进行访问。BPL还允许电力部门能够更方便地部署设备,而这些设备可以通过监控系统问题和运行性能使电力服务更为有效和可靠。

统一标准带来市场机遇

尽管今天的无线宽带技术和光纤到户应用已经相对广泛,但是随着草案标准的通过,电力线宽带技术在宽带接入和家庭联网方面仍然会有较大的市场机遇。电力线宽带能跟宽带无线接入、光纤等其他技术相结合,为家庭用户的互联网宽带接入提供低成本的最后1公里接入解决方案。

Wi-Fi等无线技术经常遇到室内覆盖问题,尤其在混凝土结构的建筑和公寓里,无线信号的覆盖会难以保证。在这种情况下,有线技术就成为用户优先考虑的解决方案。但是如果使用光纤和电缆,为每一房间布线的费用往往贵得让人难以接受。此时,电力线宽带的优势就会显现出来,因为在每个房间里都有现存的电源插座。

此外,目前出现的很多新应用,如IPTV等,也是电力线宽带应用的一个市场驱动力。实际上,电力线宽带上的IPTV(IPTV over BPL)已经出现。目前,H3C等设备供应商们已经研发出适合中国广电EoC需求的高性能HomePlug AV芯片,能够为广电客户提供端到端的可运营、可管理解决方案。随着新标准草案的通过,电力线上网产品的生产将有统一的依据,不同厂商的产品可以互联互通,这使得运营商利用电力线资源规模开展IPTV业务成为可能。

在未来的宽带接入服务市场,电力线上网必将占有重要的一席之地。在市场需求旺盛的城市,随着电力线上网技术的完善,其应用将逐步渗透到城区各个角落。而在广阔的农村地区,电力线上网将更有优势,毕竟电力网规模之大,是其他任何网络都比难以拟的。