第六、七章_光纖與PLC

1、1 通信與信息技術通信與信息技術 2 第六章第六章 光纖通信技術光纖通信技術 6.1光纖光纖 摩爾定律：芯片上的晶體管數(shù)量每摩爾定律：芯片上的晶體管數(shù)量每12個月就將翻個月就將翻 一番。十多年后，他又將一番。十多年后，他又將12個月修正為個月修正為 18個月。個月。 數(shù)據(jù)通信從數(shù)據(jù)通信從56kbs(ARPANET)提高到了提高到了1Gbs, 每每10年提高年提高100倍還多，而同時出錯率從倍還多，而同時出錯率從10-5b降降 到幾乎為到幾乎為0。 使用當前的光導纖維技術，可獲得的帶寬完全可使用當前的光導纖維技術，可獲得的帶寬完全可 以超過以超過50000Gbs (50 Tbs)，當前實際的，當

2、前實際的 2.510Gbs限制是因為不能更快地進行光電信號的限制是因為不能更快地進行光電信號的 轉換。轉換。 現(xiàn)在實驗室已經(jīng)可以達到現(xiàn)在實驗室已經(jīng)可以達到10Tb/s 遠供電源遠供電源 光纖及包層光纖及包層 填充物填充物 外護套外護套 包帶層包帶層 包層包層 纖芯纖芯 （a）光纜結構剖面圖）光纜結構剖面圖（b）光波在纖芯中傳播）光波在纖芯中傳播 6.2光纜光纜 光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細絲，光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細絲， 主要由纖芯和包層構成。纖芯很細，直徑主要由纖芯和包層構成。纖芯很細，直徑 為為8100um，且折射率較高，包層相對折，且折射率較高，包層相對折 射率較低。多根

3、光纖構成光纜。射率較低。多根光纖構成光纜。 光波利用光的全反射原理通過纖芯傳導。光波利用光的全反射原理通過纖芯傳導。 通過傳遞光脈沖進行通信。通過傳遞光脈沖進行通信。 光纖通信衰耗小，距離長，抗干擾能力強，光纖通信衰耗小，距離長，抗干擾能力強， 傳輸容量大，保密性好。傳輸容量大，保密性好。 多模光纖：多條不同入射角光線在一條光纖中多模光纖：多條不同入射角光線在一條光纖中 傳輸。傳輸。 單模光纖：直徑只有一個光波長大小，直線傳單模光纖：直徑只有一個光波長大小，直線傳 輸。輸。 輸入脈沖輸入脈沖 輸出脈沖輸出脈沖單模光纖單模光纖 輸入脈沖輸入脈沖 輸出脈沖輸出脈沖 多模光纖多模光纖 光纖信道由光源

4、、光纖線路及光電探測器等三個光纖信道由光源、光纖線路及光電探測器等三個 基本部分構成?；静糠謽嫵伞?光源是光載波的發(fā)生器，目前，廣泛應用半導體發(fā)光光源是光載波的發(fā)生器，目前，廣泛應用半導體發(fā)光 二極管二極管(LED)或激光二極管或激光二極管(LED)做光源。做光源。 在接收端是一個直接檢波式的光探測器，常用在接收端是一個直接檢波式的光探測器，常用PIN光光 電二極管或雪崩光電二極管電二極管或雪崩光電二極管(APD管管)來實現(xiàn)光強度的來實現(xiàn)光強度的 檢測。檢測。 根據(jù)應用情況的不同，在光纖線路中可能還設有中繼根據(jù)應用情況的不同，在光纖線路中可能還設有中繼 器。當然，也可能不設中繼器。器。當然，

5、也可能不設中繼器。 7 6.4 通過光纖傳輸光通過光纖傳輸光 光纖是由光纖是由玻璃、石英或塑料玻璃、石英或塑料制成的，目前以制成的，目前以 玻璃為主，而后者又由玻璃為主，而后者又由沙沙作原始材料作原始材料 光纖穿過玻璃的光纖穿過玻璃的衰減衰減取決于光的波長。取決于光的波長。 8 衰減的分貝數(shù)衰減的分貝數(shù)10log10傳輸?shù)哪芰拷邮盏哪芰總鬏數(shù)哪芰拷邮盏哪芰?例，若損失例，若損失1/2的能量，則衰減為的能量，則衰減為10log1023dB。 有有三個波段三個波段被用作通信。被用作通信。 后兩個波段的衰減特性要好一些后兩個波段的衰減特性要好一些(每每km小于小于5)。 0.85m波段的衰減較高波段

6、的衰減較高 這三個波段都是這三個波段都是25000GHz30000GHz寬。寬。 9 光纜有三種連接方式光纜有三種連接方式 通過光纖連接器，光纖接入連接頭并插入插座。要損耗通過光纖連接器，光纖接入連接頭并插入插座。要損耗10 到到20的光，但是它使重新配置系統(tǒng)很容易。的光，但是它使重新配置系統(tǒng)很容易。 應急連接（冷熔），用機械方法將其接合。損失大約為應急連接（冷熔），用機械方法將其接合。損失大約為10 。 永久性連接（熱熔），用放電的方法將兩根光纖的連接點永久性連接（熱熔），用放電的方法將兩根光纖的連接點 融化并連接在一起。衰減最小。融化并連接在一起。衰減最小。 這三種連接方法，結合處都有反射

7、，并且反射的能這三種連接方法，結合處都有反射，并且反射的能 量會和信號交互作用。量會和信號交互作用。 6.4 光纜光纜 10 有兩種有兩種信號源信號源:LED(發(fā)光二極管發(fā)光二極管)和半導體激光。和半導體激光。 項目項目 LEDLED 半導體激光半導體激光 數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率 低低高高 模式模式 多模多模 多模或單模多?；騿文?距離距離 短短 長長 生命期生命期 長命長命短命短命 溫度敏感性溫度敏感性 較小較小較敏感較敏感 造價造價 低造價低造價 昂貴昂貴 11 干涉計干涉計:來調節(jié)它們的波長。來調節(jié)它們的波長。 光電二極管的響應時間一般為光電二極管的響應時間一般為1ns，這就是把，這就是把 數(shù)

8、據(jù)傳輸速率限制在數(shù)據(jù)傳輸速率限制在1Gbs內的原因。內的原因。 熱噪聲，光脈沖必須有足夠的能量以被檢測熱噪聲，光脈沖必須有足夠的能量以被檢測 到。到。 如脈沖能量足夠強，則出錯率可以降到非常如脈沖能量足夠強，則出錯率可以降到非常 低低 12 6.4 SONETSDH 在在1985年，年，RBOC研究機構研究機構Bellcore開始制定開始制定同步同步 光纖網(wǎng)絡光纖網(wǎng)絡SONET的標準的標準 后來后來CCITT也參與進來也參與進來 1989年產(chǎn)生了年產(chǎn)生了SONET標準和一系列并行的標準和一系列并行的CCITT建議建議 CCITT建議被稱作建議被稱作同步數(shù)字分級結構同步數(shù)字分級結構SDH 13

9、現(xiàn)代傳送網(wǎng)絡必須具有統(tǒng)一的接口速率及相應的現(xiàn)代傳送網(wǎng)絡必須具有統(tǒng)一的接口速率及相應的 幀結構。幀結構。 SONET有四個主要有四個主要設計目標設計目標 第一個也是最重要的一個目標是，第一個也是最重要的一個目標是，SONET必須使不同的線路必須使不同的線路 能夠相互聯(lián)接工作。能夠相互聯(lián)接工作。 第二個目標，要統(tǒng)一美國、歐洲和日本的系統(tǒng)第二個目標，要統(tǒng)一美國、歐洲和日本的系統(tǒng) 第三個目標，第三個目標，SONET必須能以某種方式將多個數(shù)字信道復用必須能以某種方式將多個數(shù)字信道復用 在一起在一起 第四個目標，第四個目標，SONET必須支持操作、管理和維護，即必須支持操作、管理和維護，即OAM。 14

10、SONET被設計成為被設計成為傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的TDM系統(tǒng)：系統(tǒng)： 整個光纖的帶寬被一個信道占用，該信道為多個子信道整個光纖的帶寬被一個信道占用，該信道為多個子信道 劃分時隙。劃分時隙。 SONET是一個同步系統(tǒng)，它由一個主時鐘控制，精度是一個同步系統(tǒng)，它由一個主時鐘控制，精度 為為10-9。SONET線路上的比特以極其精確的間隔發(fā)送，線路上的比特以極其精確的間隔發(fā)送， 其時間由其時間由主時鐘主時鐘控制?？刂啤?SONET系統(tǒng)由交換機、多路復用設備和中繼器構成，相系統(tǒng)由交換機、多路復用設備和中繼器構成，相 互之間都由光纖連接。設備和設備之間為段，兩個多路復互之間都由光纖連接。設備和設備之間為段，兩個

11、多路復 用設備之間為線路。源和目的地之間為通路用設備之間為線路。源和目的地之間為通路。 SONET可以是網(wǎng)狀結構，但常常是個雙環(huán)?？梢允蔷W(wǎng)狀結構，但常常是個雙環(huán)。 15 圖圖6-4 一條一條SONET通路通路 16 基本的基本的SONET幀幀是：每是：每125 s產(chǎn)生產(chǎn)生810 個個8位位組位位組 不論是否有數(shù)據(jù)，幀都被發(fā)送出去。不論是否有數(shù)據(jù)，幀都被發(fā)送出去。 8000幀幀s與數(shù)字電話系統(tǒng)中使用的與數(shù)字電話系統(tǒng)中使用的PCM信道的采樣頻率完信道的采樣頻率完 全一樣全一樣 810 B的的SONET幀最適于用一幀最適于用一個矩形來描述，個矩形來描述，90列乘以列乘以9行行。 因此每秒傳送因此每秒

12、傳送8810=6480(b)共共8000次，總的數(shù)據(jù)傳輸速次，總的數(shù)據(jù)傳輸速 率為率為51.84Mbs。 這就是這就是基本的基本的SONET信道信道，它被稱作，它被稱作同步傳輸信號同步傳輸信號STS-1。 所有的所有的SONET干線都是由多條干線都是由多條STS-1構成的。構成的。 每一個幀的前三列留作系統(tǒng)管理用。剩下的每一個幀的前三列留作系統(tǒng)管理用。剩下的87列包含列包含 50.112Mb/s，同步凈荷，同步凈荷SPE，第一列是通路開銷（端到端的，第一列是通路開銷（端到端的 協(xié)議），前三行含段開銷，后協(xié)議），前三行含段開銷，后6行包含線路開銷行包含線路開銷 17 各種業(yè)務信號需要轉入各種業(yè)務

13、信號需要轉入STM-N幀結構的信息凈負荷幀結構的信息凈負荷 區(qū)。區(qū)。SDH幀結構中安排了豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡管幀結構中安排了豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡管 理。理。 具備一套靈活的復用和映射結構，允許將不同的信具備一套靈活的復用和映射結構，允許將不同的信 號，經(jīng)處理后放入支持號，經(jīng)處理后放入支持SDH通道層連接的不同信息結通道層連接的不同信息結 構（虛容器構（虛容器VC-n）。）。 可按規(guī)定的位置結構將上述信號組裝起來，利用光可按規(guī)定的位置結構將上述信號組裝起來，利用光 纖傳輸纖傳輸 18 容器（容器（C）是一種用來裝載各種不同速率的信息結構，虛容）是一種用來裝載各種不同速率的信息結構，虛容 器（

14、器（VC）是）是SDH網(wǎng)絡中用以支持通道層連接的一種信息結構。網(wǎng)絡中用以支持通道層連接的一種信息結構。 容器和虛容器構成了有效載荷。容器和虛容器構成了有效載荷。 為了得到標準的為了得到標準的STM-N信號，需要將各種那個業(yè)務信號裝入信號，需要將各種那個業(yè)務信號裝入 STM-N幀結構的信息凈負荷區(qū)內（同步凈負荷包，幀結構的信息凈負荷區(qū)內（同步凈負荷包，SPE）。）。 映射，在映射，在SDH網(wǎng)絡邊界，將各種速率的支路信號分別經(jīng)過碼網(wǎng)絡邊界，將各種速率的支路信號分別經(jīng)過碼 速調節(jié)裝入相應的標準容器（速調節(jié)裝入相應的標準容器（C）中，再適配進入相應的虛容）中，再適配進入相應的虛容 器（器（VC）的過程

15、。本質各種支路信號的比特根據(jù)一定關系，）的過程。本質各種支路信號的比特根據(jù)一定關系， 放置到放置到SDH容器中規(guī)定的不同位置容器中規(guī)定的不同位置 定位，幀的偏移信息收進支路單元或者管理單元的過程，即定位，幀的偏移信息收進支路單元或者管理單元的過程，即 指明已裝凈負荷的各種虛容器指明已裝凈負荷的各種虛容器VC-n在在STM-N信號中的準確位信號中的準確位 置置 復用，將幾路信號按照單個字節(jié)交織進行同步復用，成為一復用，將幾路信號按照單個字節(jié)交織進行同步復用，成為一 路信號路信號 19 包裝箱與物品之間的空隙填滿填充物，非信息比特包裝箱與物品之間的空隙填滿填充物，非信息比特 容器箱體的包封裝有標簽

16、（通路開銷容器箱體的包封裝有標簽（通路開銷POH），用來指明箱內），用來指明箱內 物體的名稱，以及有關該箱物品由發(fā)送點到接收點運送過程中物體的名稱，以及有關該箱物品由發(fā)送點到接收點運送過程中 的質量和狀態(tài)。的質量和狀態(tài)。 附上附上POH以后的箱體稱為虛容器，再附加上相應的位置編號以后的箱體稱為虛容器，再附加上相應的位置編號 （指針（指針PTR），位置編號用來指明箱體在集裝箱中的準確位置，），位置編號用來指明箱體在集裝箱中的準確位置， 即相當于需要對集裝箱內所有用于載貨空間的位置進行編號即相當于需要對集裝箱內所有用于載貨空間的位置進行編號 物品送到終端站或者樞紐站時，根據(jù)箱體物品送到終端站或者樞

17、紐站時，根據(jù)箱體VC編號，可以對編號，可以對 所有箱體及箱內物品進行直接插入或者取出，靈活調度和重組所有箱體及箱內物品進行直接插入或者取出，靈活調度和重組 箱體（箱體（VC）而不必拆卸整車物資）而不必拆卸整車物資 所有構件按照其準確位置準確無誤的放入大型集裝箱，附上所有構件按照其準確位置準確無誤的放入大型集裝箱，附上 段開銷。段開銷比喻為貨物運輸在不同運營段是需要的質量監(jiān)段開銷。段開銷比喻為貨物運輸在不同運營段是需要的質量監(jiān) 測和其他操作，以及維護管理的開銷。測和其他操作，以及維護管理的開銷。 20 多個數(shù)據(jù)流的多路復用起著重要的作用多個數(shù)據(jù)流的多路復用起著重要的作用 各種低速輸入流被轉換為基

18、本的各種低速輸入流被轉換為基本的STS-1速率速率 3條條STS-1支流被多路復用到支流被多路復用到1條條155.52Mbs的的STS-3輸出輸出 流上，流上，125us發(fā)送發(fā)送270*9字節(jié)的幀字節(jié)的幀 該輸出流又和其他該輸出流又和其他3條一起合成最終的輸出流條一起合成最終的輸出流 SONET中的多路復用中的多路復用 21 SONET的多路復用層次如表的多路復用層次如表6-1所示所示 定義了從定義了從STS-1到到STS-48的速率的速率 對應于對應于STS-n的光纖線路被稱作的光纖線路被稱作OC-n SONET SDH數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率(Mbs) 電子的電子的光的光的光的光的局間局間SPE用

19、戶用戶 STS-1 OC-1 5184 50112 4956 STS-3OC-3STM-115552150336148608 STS-9OC-9STM-346656451O08445824 STS-12OC-12STM-462208601344594432 STS-18OC-18STM-693312902016891648 STS-24OC-24STM-812441612026881188864 STS-36OC-36STM-1218662418040321783296 STS-48OC-48STM-1624883224053762377728 22 為什么為什么ATM速率為速率為155Mbs

20、：其目的是在：其目的是在SONET OC-3干線上傳送干線上傳送ATM信元信元 應注意被廣泛引用的應注意被廣泛引用的155Mbs速率是指總的速率，它包速率是指總的速率，它包 括括SONET開銷。開銷。 SONET物理層被分成物理層被分成4個子層個子層 光子子層，它規(guī)定使用的光和光纖的物理特性。光子子層，它規(guī)定使用的光和光纖的物理特性。 剩下的剩下的3個子層分別對應于段、線路和通路。個子層分別對應于段、線路和通路。 23 第七章第七章 電力線載波通信技術電力線載波通信技術 7.1電力線通信電力線通信(PLC)簡介簡介 電力線通信電力線通信(Power Line Communication，簡稱，

21、簡稱 PLC)技術，從廣義上講包含應用于高壓輸電網(wǎng)技術，從廣義上講包含應用于高壓輸電網(wǎng) 和中，低壓配電網(wǎng)的窄帶電力線載波通信，以及和中，低壓配電網(wǎng)的窄帶電力線載波通信，以及 在中，低壓配電線路上實現(xiàn)的寬帶數(shù)據(jù)通信。在中，低壓配電線路上實現(xiàn)的寬帶數(shù)據(jù)通信。 所討論的電力線通信技術是上述情況中的第二種，所討論的電力線通信技術是上述情況中的第二種， 即利用中、低壓配電線路作為通信介質，實現(xiàn)數(shù)即利用中、低壓配電線路作為通信介質，實現(xiàn)數(shù) 據(jù)、話音、圖像等綜合業(yè)務傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g，也據(jù)、話音、圖像等綜合業(yè)務傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g，也 稱為高速稱為高速PLC技術。技術。 24 高速高速PLC按應用的配電網(wǎng)電壓等級可劃

22、分為按應用的配電網(wǎng)電壓等級可劃分為 低壓低壓PLC和和中壓中壓PLC。 低壓低壓PLC利用低壓利用低壓(220V380V)電力線作為傳輸媒電力線作為傳輸媒 介，為用戶提供介，為用戶提供Internet接入，家庭局域網(wǎng)、遠程接入，家庭局域網(wǎng)、遠程 抄表、智能家居等應用。抄表、智能家居等應用。 中壓中壓PLC利用中壓利用中壓(10kV)電力線作為通信鏈路，為電力線作為通信鏈路，為 接入骨干網(wǎng)、配電網(wǎng)自動化、用戶需求側管理及農(nóng)接入骨干網(wǎng)、配電網(wǎng)自動化、用戶需求側管理及農(nóng) 村電話等應用提供傳輸通道。村電話等應用提供傳輸通道。 25 電力線通信的發(fā)展歷史可追溯到電力線通信的發(fā)展歷史可追溯到20世紀世紀2

23、0年代，當時的年代，當時的 應用主要集中在應用主要集中在110kV以上的高壓遠距離輸電線路上，以上的高壓遠距離輸電線路上， 工作頻率在工作頻率在150kHz以下以下，后來該頻段成為歐洲電工標準，后來該頻段成為歐洲電工標準 化委員會化委員會(CENELEC)電力線通信的正式頻段。電力線通信的正式頻段。 到到20世紀世紀50年代，低頻高壓電力線通信技術已廣泛用于年代，低頻高壓電力線通信技術已廣泛用于 監(jiān)控監(jiān)控、遠程指示遠程指示、設備保護設備保護以及以及語音傳輸語音傳輸?shù)阮I域。等領域。 50年代后期至年代后期至90年代早期的年代早期的30多年中，電力線通信開始多年中，電力線通信開始 應用在應用在中壓

24、和低壓電網(wǎng)上中壓和低壓電網(wǎng)上，其應用主要集中在，其應用主要集中在電力線自電力線自 動抄表動抄表、電網(wǎng)負載控制電網(wǎng)負載控制和和供電管理供電管理等窄帶通信領域。但等窄帶通信領域。但 是由于受到某些技術水平的限制，利用電力線傳輸高速是由于受到某些技術水平的限制，利用電力線傳輸高速 數(shù)據(jù)的通信產(chǎn)品及服務領域在當時沒有得到發(fā)展。數(shù)據(jù)的通信產(chǎn)品及服務領域在當時沒有得到發(fā)展。 26 采用何種通信方式將用戶終端連接至最近的寬帶網(wǎng)絡采用何種通信方式將用戶終端連接至最近的寬帶網(wǎng)絡 設備，成為寬帶網(wǎng)絡運營商們不斷探索和關注的問題，設備，成為寬帶網(wǎng)絡運營商們不斷探索和關注的問題， 也是也是Internet普及的瓶頸之

25、一，被業(yè)內入士稱為普及的瓶頸之一，被業(yè)內入士稱為寬帶網(wǎng)寬帶網(wǎng) 絡接入的絡接入的“最后一百米最后一百米”問題問題。 PLC技術能夠充分利用最為普及的電力線網(wǎng)絡資源，技術能夠充分利用最為普及的電力線網(wǎng)絡資源， 建設速度快、投資少、室內無需布線、用戶通過遍布建設速度快、投資少、室內無需布線、用戶通過遍布 各個房間的電源插座既能進行高速上網(wǎng)，實現(xiàn)各個房間的電源插座既能進行高速上網(wǎng)，實現(xiàn)“有線有線 移動移動”，具備了其他接入方式不可比擬的優(yōu)勢，再次，具備了其他接入方式不可比擬的優(yōu)勢，再次 成為國內外廣泛關注的焦點。成為國內外廣泛關注的焦點。 27 在配電變壓器在配電變壓器(10kV380V)低壓出線端安

26、裝低壓出線端安裝PLC主站，它的主要功能是將電力線主站，它的主要功能是將電力線 上的高頻信號調制或解調成為數(shù)據(jù)信號。上的高頻信號調制或解調成為數(shù)據(jù)信號。PLC主站的一側通過電容或電感耦合器主站的一側通過電容或電感耦合器 連接電力電纜，注入或提取連接電力電纜，注入或提取PLC高頻信號；另一側通過傳統(tǒng)通信方式，如光纖、高頻信號；另一側通過傳統(tǒng)通信方式，如光纖、 CATV、ADSL等連接至等連接至Internet。 28 在用戶側，用戶的計算機通過在用戶側，用戶的計算機通過RJ-45或或USB接口與接口與PLC Modem相連，普通話機則相連，普通話機則 通過通過RJ-11接口連接接口連接PLC M

27、odem，PLC Modem可直接插入戶室內電源插座，通可直接插入戶室內電源插座，通 過電力線實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。如果過電力線實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。如果PLC高頻信號在傳輸過程中發(fā)生較大衰減，可高頻信號在傳輸過程中發(fā)生較大衰減，可 以在適當?shù)奈恢眉友b中繼器以放大信號。以在適當?shù)奈恢眉友b中繼器以放大信號。 29 上述用于寬帶接入的低壓上述用于寬帶接入的低壓PLC，在組網(wǎng)結構上類似于，在組網(wǎng)結構上類似于 “光纖光纖+以太網(wǎng)以太網(wǎng)”的模式，從骨干網(wǎng)絡一側來看，光纖的模式，從骨干網(wǎng)絡一側來看，光纖 需要到達小區(qū)內各樓宇。需要到達小區(qū)內各樓宇。 “光纖光纖+以太網(wǎng)以太網(wǎng)”方式需要在樓內進行綜合布線，為每個用戶

28、方式需要在樓內進行綜合布線，為每個用戶 單獨鋪設一條單獨鋪設一條UTP五類線五類線到其室內。到其室內。 而而PLC方式是利用已有的低壓電力線傳輸高頻數(shù)據(jù)信號，意方式是利用已有的低壓電力線傳輸高頻數(shù)據(jù)信號，意 味著它巳將通信線路延伸至每個家庭，并具有多個信息接入味著它巳將通信線路延伸至每個家庭，并具有多個信息接入 點，在樓內幾乎點，在樓內幾乎不再需要任何布線不再需要任何布線，這不但為網(wǎng)絡運營商簡，這不但為網(wǎng)絡運營商簡 化了工程安裝工作，而且為用戶開通提供了方便。化了工程安裝工作，而且為用戶開通提供了方便。 30 利用四通八達、遍布城鄉(xiāng)、直達用戶的低壓電力線傳利用四通八達、遍布城鄉(xiāng)、直達用戶的低壓

29、電力線傳 輸高速數(shù)據(jù)的輸高速數(shù)據(jù)的PLC技術，以其室內無需布線、覆蓋范技術，以其室內無需布線、覆蓋范 圍廣、連接方便等顯著特點，成為圍廣、連接方便等顯著特點，成為解決寬帶末端接入解決寬帶末端接入 瓶頸的有效手段瓶頸的有效手段。 31 7.2 PLC的應用模式的應用模式 高速高速PLC的應用主要有的應用主要有兩種模式兩種模式： 一種是以美國為代表的一種是以美國為代表的家庭內部聯(lián)網(wǎng)模式家庭內部聯(lián)網(wǎng)模式 另一種模式是面向歐洲和亞太市場的另一種模式是面向歐洲和亞太市場的電力線上網(wǎng)電力線上網(wǎng) 家庭內部聯(lián)網(wǎng)模式家庭內部聯(lián)網(wǎng)模式 這一方面是由于美國這一方面是由于美國ADSL、HFC等技術和產(chǎn)品已經(jīng)等技術和產(chǎn)

30、品已經(jīng) 比較成熟和普及，更重要的是由于美國的低壓配電變比較成熟和普及，更重要的是由于美國的低壓配電變 壓器一般為壓器一般為單相單相，平均僅為，平均僅為5-6個住宅用戶提供供電服個住宅用戶提供供電服 務，因此，推廣電力線上網(wǎng)成本偏高。務，因此，推廣電力線上網(wǎng)成本偏高。 32 電力線上網(wǎng)（面向歐洲和亞太地區(qū)）電力線上網(wǎng)（面向歐洲和亞太地區(qū)） 因為這些地區(qū)的低壓配電網(wǎng)結構比較類似，一般一臺配電變壓器因為這些地區(qū)的低壓配電網(wǎng)結構比較類似，一般一臺配電變壓器 要為要為200、300個住宅用戶提供供電服務，推廣電力線上網(wǎng)服務的個住宅用戶提供供電服務，推廣電力線上網(wǎng)服務的 平均成本較低。平均成本較低。 在小

31、區(qū)寬帶接入領域、電力線上網(wǎng)為寬帶網(wǎng)絡運營商提供了一種在小區(qū)寬帶接入領域、電力線上網(wǎng)為寬帶網(wǎng)絡運營商提供了一種 全新的寬帶入戶解決方案。全新的寬帶入戶解決方案。 賓館酒店是另一個適合使用電力線上網(wǎng)的用戶群。利用客房內的賓館酒店是另一個適合使用電力線上網(wǎng)的用戶群。利用客房內的 電力線插座作為網(wǎng)絡接口，即可實現(xiàn)客房的寬帶網(wǎng)絡接入。電力線插座作為網(wǎng)絡接口，即可實現(xiàn)客房的寬帶網(wǎng)絡接入。 33 7.2 PLC技術在國內外的發(fā)展和應用技術在國內外的發(fā)展和應用 7.3 PLC技術特性技術特性 一、頻率范圍一、頻率范圍 PLC技術使用的頻率范圍為技術使用的頻率范圍為230MHz，在這個頻段上信道的，在這個頻段上

32、信道的噪聲噪聲 較低較低，對信號傳輸?shù)挠绊戄^小。電力線上的信號衰減是隨著信號，對信號傳輸?shù)挠绊戄^小。電力線上的信號衰減是隨著信號 頻率的增加而增加的，在一定的傳輸距離范圍內，頻率的增加而增加的，在一定的傳輸距離范圍內，230MHz頻段頻段 內信號的衰減要低于噪聲的衰減。因此，利用調制技術可將高頻內信號的衰減要低于噪聲的衰減。因此，利用調制技術可將高頻 信號從電力線中分離出來。信號從電力線中分離出來。 34 二、低壓電力線的信道特性二、低壓電力線的信道特性 作為電信級的運營網(wǎng)絡，通信質量必須要有保障，而電作為電信級的運營網(wǎng)絡，通信質量必須要有保障，而電 力線作為傳輸介質，對高頻數(shù)據(jù)信號的傳輸有一

33、些力線作為傳輸介質，對高頻數(shù)據(jù)信號的傳輸有一些不不 利因素利因素，集中表現(xiàn)為：，集中表現(xiàn)為： (1) 電力線會對高頻信號造成電力線會對高頻信號造成較大的衰減較大的衰減。通常，電力。通常，電力 線在某一時刻對不同的頻率的信號，線路衰減不同，線在某一時刻對不同的頻率的信號，線路衰減不同， 而且隨著線路的阻抗和負載變化，而且隨著線路的阻抗和負載變化，信道的衰減也在不信道的衰減也在不 斷變化。斷變化。 35 (2) 電力線上存在較大的電力線上存在較大的噪聲干擾噪聲干擾。由于電力線上連接有。由于電力線上連接有 各種各樣的各種各樣的用電設備用電設備，某些大功率用電設備的頻繁開，某些大功率用電設備的頻繁開

34、閉，會在電力線上產(chǎn)生各種噪聲干擾，而且噪聲幅度閉，會在電力線上產(chǎn)生各種噪聲干擾，而且噪聲幅度 較大。其中包括：較大。其中包括： 1) 家用電器，包括計算機、電視機開關電源時產(chǎn)生的家用電器，包括計算機、電視機開關電源時產(chǎn)生的 噪聲。噪聲。 2) 利用晶閘管制成的調節(jié)燈、節(jié)能燈及同類產(chǎn)品所產(chǎn)利用晶閘管制成的調節(jié)燈、節(jié)能燈及同類產(chǎn)品所產(chǎn) 生的噪聲。生的噪聲。 3) 電動機所產(chǎn)生的強噪聲。電動機所產(chǎn)生的強噪聲。 4) 開關設備在電力線上產(chǎn)生的噪聲。開關設備在電力線上產(chǎn)生的噪聲。 5) 在空間傳輸?shù)母哳l信號耦合在電力線中產(chǎn)生的噪聲。在空間傳輸?shù)母哳l信號耦合在電力線中產(chǎn)生的噪聲。 36 (3) 低壓電網(wǎng)拓

35、撲結構復雜，分支多、衰減大，導致多低壓電網(wǎng)拓撲結構復雜，分支多、衰減大，導致多 徑反射，引起信號的徑反射，引起信號的選擇性衰減和碼間干擾選擇性衰減和碼間干擾。由于電。由于電 力線信道呈無法預知的多徑傳輸和反射特征，致使信力線信道呈無法預知的多徑傳輸和反射特征，致使信 道特征表現(xiàn)為一個道特征表現(xiàn)為一個時變的頻率選擇性衰減信道時變的頻率選擇性衰減信道，因此，因此 信道容量和誤碼率特性會受到多徑衰落的影響而惡化。信道容量和誤碼率特性會受到多徑衰落的影響而惡化。 在高速數(shù)據(jù)傳輸時，電力線信道呈現(xiàn)出的頻率選擇特在高速數(shù)據(jù)傳輸時，電力線信道呈現(xiàn)出的頻率選擇特 性、阻抗劇烈變化、較大的噪聲干擾及高衰減等特性

36、，性、阻抗劇烈變化、較大的噪聲干擾及高衰減等特性， 使電力線成為一個并不理想的通信媒介。因此，要在使電力線成為一個并不理想的通信媒介。因此，要在 電力線上實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，必須選擇一種電力線上實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，必須選擇一種 適合電力線信道特性的適合電力線信道特性的調制技術調制技術。 37 三、三、PLC與正交頻分復用與正交頻分復用(OFDM)技術技術 在在PLC技術中引入技術中引入OFDM（正交頻分多路復用正交頻分多路復用）技）技 術，就可以使電力線上的高速數(shù)據(jù)通信成為可能。術，就可以使電力線上的高速數(shù)據(jù)通信成為可能。 OFDM的基本思想就是把的基本思想就是把可用信道帶寬劃分為

37、若干子可用信道帶寬劃分為若干子 信道信道，每個子信道都可近似看作理想信道。在規(guī)定使，每個子信道都可近似看作理想信道。在規(guī)定使 用的頻段內，利用載波之間的正交性，使用幾十、上用的頻段內，利用載波之間的正交性，使用幾十、上 百、甚至上千個具有正交特性的百、甚至上千個具有正交特性的載波信號載波信號，每個載波，每個載波 傳輸一定速率的數(shù)據(jù)，各個載波傳輸數(shù)據(jù)的總和就是傳輸一定速率的數(shù)據(jù)，各個載波傳輸數(shù)據(jù)的總和就是 總的總的傳褕速率傳褕速率。 38 1 高傳輸速率高傳輸速率 2 抗衰減性抗衰減性 3 抗干擾性抗干擾性 4 傳輸特性傳輸特性 (1) 傳輸距離傳輸距離 當電力線空載時，點對點載波信號可當電力線

38、空載時，點對點載波信號可傳輸幾千米傳輸幾千米。但當電力線上。但當電力線上 負荷較大時，采用負荷較大時，采用PLC技術只能傳輸技術只能傳輸200m左右左右，要想實現(xiàn)更長距，要想實現(xiàn)更長距 離的數(shù)據(jù)傳褕，只能采用增加離的數(shù)據(jù)傳褕，只能采用增加中繼中繼的方式。低壓的方式。低壓PLC作為寬帶接作為寬帶接 入的一種手段，如果只在樓宇內應用，解決入的一種手段，如果只在樓宇內應用，解決“最后一百米最后一百米”的入的入 戶問題，是完全可以滿足需要的。戶問題，是完全可以滿足需要的。 (2) 傳輸速率傳輸速率 理論上可以實現(xiàn)理論上可以實現(xiàn)100M以上的速率以上的速率 39 5 安全性安全性 由于由于PLC技術是利

39、用現(xiàn)有技術是利用現(xiàn)有220V380V電壓的電力線傳電壓的電力線傳 輸數(shù)據(jù)信號，而原有的其他通信技術都采用專用通信輸數(shù)據(jù)信號，而原有的其他通信技術都采用專用通信 線路，線路上只有弱電信號，因此在用戶心里上有一線路，線路上只有弱電信號，因此在用戶心里上有一 些觀念上的障礙，擔心在使用過程當中會出現(xiàn)損壞計些觀念上的障礙，擔心在使用過程當中會出現(xiàn)損壞計 算機，威脅到人身安全的顧慮。為保證使用安全，算機，威脅到人身安全的顧慮。為保證使用安全， PLC設備一般采取如下保護措施：設備一般采取如下保護措施： (1) 利用線圈的感應耦合原理利用線圈的感應耦合原理，通過磁環(huán)耦合的方式，通過磁環(huán)耦合的方式， 將高頻

40、信號注入到電力線中并從電力線中分離，將高頻信號注入到電力線中并從電力線中分離，PLC 設備中數(shù)據(jù)信號的傳輸線路不得與設備中數(shù)據(jù)信號的傳輸線路不得與220V電線直接連接。電線直接連接。 (2) PLC設備的電路設計中，強、弱電路分開設計，保設備的電路設計中，強、弱電路分開設計，保 證信號線路中不會出現(xiàn)高電壓。證信號線路中不會出現(xiàn)高電壓。 (3) PLC設備的電路中，設置過壓保護裝置，避免由于設備的電路中，設置過壓保護裝置，避免由于 感應或短路而造成對計算機和用戶的傷害。感應或短路而造成對計算機和用戶的傷害。 40 7.4 PLC接入方案接入方案 國內的低壓配電網(wǎng)結構復雜，不同樓層、不同時期建筑國

41、內的低壓配電網(wǎng)結構復雜，不同樓層、不同時期建筑 的樓宇配電網(wǎng)結構都不相同，接入方案也各不相同。的樓宇配電網(wǎng)結構都不相同，接入方案也各不相同。 PLC技術具有組網(wǎng)靈活的特點，可根據(jù)用戶數(shù)的多少技術具有組網(wǎng)靈活的特點，可根據(jù)用戶數(shù)的多少 在設備投入和組網(wǎng)方案上做出相應的變化。根據(jù)配電在設備投入和組網(wǎng)方案上做出相應的變化。根據(jù)配電 網(wǎng)線路、樓宇結構和用戶的特點、可以分為網(wǎng)線路、樓宇結構和用戶的特點、可以分為高層住宅高層住宅 樓樓、低層住宅樓低層住宅樓和和商業(yè)寫字樓商業(yè)寫字樓三種情況。三種情況。 41 一、高層住宅樓一、高層住宅樓 1樓宇結構樓宇結構 新建的高層住宅樓高度為十幾到二十幾層，住戶密度新建

42、的高層住宅樓高度為十幾到二十幾層，住戶密度 較大，每棟樓內大約有較大，每棟樓內大約有150 200戶，住戶使用共同的戶，住戶使用共同的 電梯和樓梯。電梯和樓梯。 2低壓配電網(wǎng)結構低壓配電網(wǎng)結構 樓內地下室設有獨立的配電間，一臺配電變壓器將樓內地下室設有獨立的配電間，一臺配電變壓器將 10kV電壓轉變?yōu)殡妷恨D變?yōu)?20V380V電壓。樓內有多條電力電壓。樓內有多條電力 線通向住戶，每條電力線為一層或相鄰幾層的住戶供線通向住戶，每條電力線為一層或相鄰幾層的住戶供 電。電力線三相負載基本平衡，樓層豎井有配電箱，電。電力線三相負載基本平衡，樓層豎井有配電箱， 箱內有樓層總電表和各戶的分電表。箱內有樓層

43、總電表和各戶的分電表。 42 3 組網(wǎng)方案組網(wǎng)方案 接入方式采用接入方式采用“FTTB+PLC”的方案，從城域的方案，從城域 網(wǎng)引光纖到小區(qū)各樓內配電室，樓內采用網(wǎng)引光纖到小區(qū)各樓內配電室，樓內采用PLC 接入，以配電網(wǎng)物理網(wǎng)絡為基礎，將配電網(wǎng)分接入，以配電網(wǎng)物理網(wǎng)絡為基礎，將配電網(wǎng)分 為不同的用戶接入共享區(qū)域，根據(jù)實際情況確為不同的用戶接入共享區(qū)域，根據(jù)實際情況確 定接入方案。定接入方案。 圖圖2-1主要針對用戶居住集中、接入率高的小主要針對用戶居住集中、接入率高的小 區(qū)高層住宅樓。區(qū)高層住宅樓。PLC局端設備放在地下室的配局端設備放在地下室的配 電間內，將用戶按三相線路劃分，使用電間內，將用戶按三相線路劃分，使用A相線相線 路的用戶共享路的用戶共享A相電力線。使用同一條電力線相電力線。使用同一條電力線 的一層或相鄰幾層用戶作為一共享區(qū)域，共用的一層或相鄰幾層用戶作為一共享區(qū)域，共用 一臺一臺PLC局端設備。局端設備。 43 44 二、低層住宅樓二、低層住宅樓 1 樓宇結構樓宇結構 低層住宅樓以低層住宅樓以6層以下為例，分為