搭配PoE與PLC是結(jié)合電能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x綠色高性價比方案

1、搭配PoE與PLC是結(jié)合電能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x綠色高性價比方案現(xiàn)今，市場上有多種不同的接口提供相同介質(zhì)上的數(shù)據(jù)及電能傳輸。我們審視各種技術(shù)的優(yōu)缺點時，就可以清楚發(fā)現(xiàn)以太網(wǎng)供電(PoE)和電力線載波(PLC)技術(shù)匹配良好；結(jié)合這兩者會添增價值。電力線調(diào)制解調(diào)器利用已有電力線路的優(yōu)勢，將電力線用作通信通道，而PoE作互補技術(shù)，在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線纜上傳輸電能。在數(shù)據(jù)和電力網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用這兩種技術(shù)最得心應(yīng)手，可更節(jié)省成本、更靈活及更優(yōu)化。為這種通信網(wǎng)絡(luò)的各個部分選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)，可以受益匪淺。 結(jié)合電能及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：PoE、PLC及USB PoE技術(shù)為傳統(tǒng)以太網(wǎng)增加了電能傳輸能力。這種技術(shù)使用已有或新的數(shù)據(jù)線纜

2、基礎(chǔ)設(shè)施，將電能傳輸至以太網(wǎng)線纜上的設(shè)備。以太網(wǎng)線纜可以是CAT5、CAT5e或CAT6雙絞線，每種雙絞線都有不同的環(huán)路阻抗，提供略有差異的性能。其中，100米長CAT5雙絞線的環(huán)路阻抗為20 ，而CAT5e或CAT6為12.5 。由于數(shù)據(jù)線纜未受保護(hù)，且這技術(shù)使用直流(DC)電壓，為安全起見，線纜上的最高電壓電平被限制在57 V。這些線纜阻抗和電壓電平約束為系統(tǒng)、特別是距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)的能效造成了一些限制。 根據(jù)IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，最大功率為13 W時線纜上的壓降為7 V，故總損耗為7 V×350 mA=2.45 W。對于IEEE802.3at草案(D3.0)標(biāo)準(zhǔn)，25.5

3、W最大功率時的壓降為9 V，相應(yīng)地總損耗為9 V×600 mA=5.4 W。另一方面，這技術(shù)支持線纜長度達(dá)100米的千兆位以太網(wǎng)(GbE)，用于電能傳輸時會帶來邊際遞增成本(marginal incremental cost)。 在頻譜的另一方面，PLC技術(shù)利用已有電力線路的優(yōu)勢，以高于電力信號的頻率傳輸數(shù)據(jù)。現(xiàn)今PLC技術(shù)有兩種流行應(yīng)用，第一種應(yīng)用是小型辦公室/家庭辦公室(SOHO)網(wǎng)絡(luò)，利用家中或辦公室中現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)。第二種是在工業(yè)應(yīng)用，如電能計量，以電力線纜來遠(yuǎn)程提供電表輸出數(shù)據(jù)。 但PLC并不是沒有自身的問題。主要的問題集中在電力線路本質(zhì)上是極嘈雜環(huán)境的事實；設(shè)備

4、每次開啟或關(guān)閉時，電力線路上就會產(chǎn)生“爆音(Pop)”或“嘀噠(Click)”聲。系統(tǒng)的設(shè)計必須處理這些自然信號干擾，并避免它們。這尤其適用于低誤差率及線纜長度可能很長的工業(yè)環(huán)境。這類配置中通常使用頻移鍵控(FSK)調(diào)制技術(shù)。這種方法確保高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，但不支持太高的數(shù)據(jù)率。SOHO應(yīng)用中的線纜距離通常較短，但需要更高的數(shù)據(jù)率，故使用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)。這是一種支持較高數(shù)據(jù)率的多載波方案。 在相同介質(zhì)上提供電能及數(shù)據(jù)的第三種技術(shù)是USB。與PoE和PLC相比，USB接口最常用于個人電腦(PC)外設(shè)。這種接口類型的一項不足是它只能為應(yīng)用提供有限的功率。它的另一項不足是傳輸距離，因為它

5、只能支持電源和應(yīng)用之間大約4米的距離。這兩項不足排除了USB眾多潛在的家庭及工業(yè)應(yīng)用。 圖1對比了所有這三種技術(shù)。PLC在長距離傳輸電能和數(shù)據(jù)方面表現(xiàn)明顯更勝一籌。但另一方面，由于在電力信號之上調(diào)制數(shù)據(jù)信號需要復(fù)雜的電子電路，PLC解決方案成本高昂。因此，這種技術(shù)并不能高性價比地用于單個設(shè)備，而是更適合用于交換機和集線器。 圖1：USB、PoE、PLC三種技術(shù)的性能對比這三種技術(shù)的潛在威脅是無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)(如WiFi、WiMAX、藍(lán)牙)，因為WLAN技術(shù)還減少了線纜數(shù)量，并能橋接長距離。在建筑物中使用無線技術(shù)的一項爭議出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入的金屬材料的屏蔽效應(yīng)，可能阻擋無線信號。因

6、此，通常需要安裝數(shù)個接入點來確保提供良好的信號覆蓋。其次，要構(gòu)建無線橋接環(huán)境，每種電器或設(shè)備中必須都有無線接入點，才能接收信號。與傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器結(jié)合在一起的無線接入點相較于支持PoE的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)而言，存在成本劣勢。對于工業(yè)環(huán)境而言，無線技術(shù)局限于用在不安全、非關(guān)鍵的應(yīng)用，因為無線信號始終面對著被屏蔽或被意外事故干擾的風(fēng)險。 恰當(dāng)?shù)仄胶饫肞oE和PLC技術(shù)能夠帶來優(yōu)勢 在最適合的地方利用PoE及PLC技術(shù)，就能夠優(yōu)化系統(tǒng)的成本及能效。如果我們考慮機頂盒(STB)等潛在的家庭應(yīng)用，機頂盒總是放置在有電源插座的位置。 圖2闡釋了一種潛在的機頂盒家庭應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)通過非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)線路、

7、光學(xué)光網(wǎng)絡(luò)終端(ONT)或同軸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入家中。數(shù)據(jù)通過電力網(wǎng)絡(luò)傳輸至家中的各個電源插口。在有機頂盒、語音IP電話(VoIP)或臺式PC等高帶寬應(yīng)用連接至電源插口的各個房間，電力載波上的數(shù)據(jù)會可能傳輸至以太網(wǎng)線纜。為了支持這種傳輸，需要在電源插口上安裝特別的設(shè)備。這設(shè)備包含PLC調(diào)制解調(diào)器，并結(jié)合了支持PoE的以太網(wǎng)交換機。目前市場上有售結(jié)合PLC調(diào)制解調(diào)器及以太網(wǎng)交換機的設(shè)備。然而，這些設(shè)備中的大多數(shù)仍然不含PoE。這表示每個設(shè)備需要不同的電源轉(zhuǎn)換器來從支持PLC的交換機接收數(shù)據(jù)。下一步，PoE將增添至這些設(shè)備之中，可進(jìn)一步優(yōu)化及節(jié)省成本。 圖2: 一種潛在的機頂盒家庭應(yīng)用示意圖用戶采用這種建議

8、配置，將能夠選擇從哪個電源插口“接收(tap)”數(shù)據(jù)，選擇方式就是在電源插口插入靈活的以太網(wǎng)交換機插頭。支持PoE的線纜從各個以太網(wǎng)交換機插孔(jack)提供數(shù)據(jù)及電能給家用電器或設(shè)備。其結(jié)果是免除了應(yīng)用的電源適配器，線纜用量減少至1條，并優(yōu)化系統(tǒng)能效。此外，這種方法盡量利用已有基礎(chǔ)設(shè)備的優(yōu)勢，因此PoE線纜的長度相對較長，減少了線纜損耗。 在以太網(wǎng)日趨普及地用作通信接口的工業(yè)環(huán)境中能夠使用類似配置。以太網(wǎng)用于工業(yè)環(huán)境中的儀表、傳感器、人機接口(HMI)、邏輯控制器及輸入輸出(IO)模塊。結(jié)合PLC技術(shù)，數(shù)據(jù)能傳送更遠(yuǎn)距離。 那么為什么結(jié)合這兩種技術(shù)有如此優(yōu)勢呢？可能提出的一個問題是為什么PLC調(diào)制解調(diào)器不移至機頂盒內(nèi)部，從而無需支持PoE的以太網(wǎng)和PLC電源插口？答案是PLC調(diào)制解調(diào)器是一種昂貴設(shè)備，相較于PoE接口而言有成本劣勢。