WLAN無線寬帶入戶

1、作者：昆山網(wǎng)電科技有限公司PLC研發(fā)工程師：王奇李友明張強(qiáng)摘要：簡要介紹了電力線通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，詳細(xì)論述了PLC技術(shù)與WLAN技術(shù)相融合的創(chuàng)新性WLAN入戶解決方案，并對該方案的系統(tǒng)組成、通信機(jī)制及影響因素進(jìn)行了簡析，最后列舉了典型的應(yīng)用案例，具體體現(xiàn)了該方案的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：PLCWLAN電力線通信；無線寬帶入戶、,、-前言3G+WLA業(yè)務(wù)在即將過去的2011年已經(jīng)步入了成熟期，在政府和各大運營商的推動下，未來兩年內(nèi)“無線城市”將會遍布神州大地。對于WLAN的入戶問題，南方電信和北方聯(lián)通都可以借助先天的優(yōu)勢來解決豐富的電話線網(wǎng)絡(luò)資源，而虎視眈眈的廣電總局也找到了它的一個殺手鉗CATV的同軸

2、線纜（即稱HFC混合光纖同軸網(wǎng)）。各大運營商寬帶接入業(yè)務(wù)首先想到了就是住戶家里面固話電話線，或者是電視的有線電視線（同軸線），卻忽視了遍布家庭最廣泛的線電力線，電力線是家里面最基礎(chǔ)的線，但它的覆蓋面之廣卻是其他網(wǎng)絡(luò)所無法比擬的。1、電力線通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展電力線通信技術(shù)簡稱PLC（PowerLineCommunication），是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)、話音、視頻信號的一種通信方式。迄今，PLC技術(shù)已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在技術(shù)發(fā)展的各個階段，電力系統(tǒng)已經(jīng)得到了不同的應(yīng)用：高壓輸電網(wǎng)（35kV以上）、中壓輸電網(wǎng)（10kV35kV以及低壓（10kV以下）等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵥俾室苍诓粩嗟奶岣摺，F(xiàn)階

3、段，在低壓配電網(wǎng)上傳輸速率已由1Mbps發(fā)展到2Mbps14Mbps24Mbps45Mbps85Mbps甚至達(dá)到200Mbps和500Mbps的高速率，傳輸距離可達(dá)300米，被業(yè)界認(rèn)為是最有前景的寬帶接入技術(shù)。2005年7月，電氣和電子工程師協(xié)會IEEE成立P1901工作組，致力于統(tǒng)一電力線寬帶通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。WLAI無線寬帶入戶PLC創(chuàng)新解決方案包括電力線寬帶通信的室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和室外寬帶接入，以及兩者的互操作性。2010年2月，IEEE已經(jīng)完成最初草案并發(fā)布，將HomePlug電力線聯(lián)盟的HomePlugAVi術(shù)、基于松下電子的HDPL（技術(shù)定義為物理層可選的標(biāo)準(zhǔn)，放棄了對G.hn的兼容努力，1

4、0月份發(fā)布了規(guī)范P1901的正式版。2、昆山網(wǎng)電WLA入戶PLC解決方案將WLAN與PLC技術(shù)完美融合對于WLA，N目前定位是：以承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，覆蓋重要公共熱點區(qū)域，分流3G網(wǎng)絡(luò)的熱點數(shù)據(jù)流量，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，改善用戶體驗。而目前的WLANS設(shè)則主要以室內(nèi)覆蓋為主，基于802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，使用2.4G/5.8G頻段；覆蓋方法主要使用傳統(tǒng)的室分系統(tǒng)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，802.11使用的是2.4G/5.8G的高頻，相對于使用800/900MHZ的GSM網(wǎng)絡(luò)，WLAN信號線路傳輸?shù)膿p耗及空氣中傳播的損耗較大，穿透力較弱。在某些場所，如賓館酒店的豪華套房、高檔小區(qū)、別墅群、躍層式

5、住宅等，由于裝修及美觀等原因，線路難以布設(shè)至目標(biāo)覆蓋區(qū)域，若采用傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)在房間外布放天線進(jìn)行覆蓋常常很難達(dá)到理想的覆蓋效果，尤其對于普通的家庭用戶來說，對于WLANg分技術(shù)人員和移動、聯(lián)通等運營商等，那無疑是一個美妙的夢。2.1昆山網(wǎng)電WLA入戶PLC解決方案系統(tǒng)組成昆山網(wǎng)電科技的WLANA戶解決方案創(chuàng)新性的將WLA與PLC技術(shù)相融合，完美得解決了WLA!入戶問題。通信系統(tǒng)主要由局端電力網(wǎng)橋、無線電力貓和電感耦合單元三大部分組成。局端電力網(wǎng)橋局端電力網(wǎng)橋是電力線寬帶接入系統(tǒng)的接入?yún)R聚設(shè)備，通過AC100V-240V電力線傳輸和接收以太網(wǎng)信號，可以使原有的電力線網(wǎng)絡(luò)以很低的投資升級成為

6、一個電信級的可運營、可管理的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。局端電力網(wǎng)橋?qū)NU（或光電轉(zhuǎn)換器/交換機(jī)）輸出的標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)信號調(diào)制成可以在電力線上傳輸?shù)纳漕l信號，通過采用OFDM技術(shù)使其能夠在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。局端電力網(wǎng)橋安裝在小區(qū)機(jī)房、小區(qū)弱電井（靠近電表房）、小區(qū)光節(jié)點或者樓道內(nèi).昆山網(wǎng)電WLAI入戶解決方案系統(tǒng)組成圖無線電力貓無線電力貓，即無線電力型AP,顧名思義，是電力調(diào)制解調(diào)模塊（Modem和無線接入點AP的融合。AP單元完美支持目前802.11g/n協(xié)議。無線電力貓終端使用在用戶家庭中,連接至不同電源插座,即插即用。電感耦合單元電感耦合單元采用電感式耦合器，實現(xiàn)PLC高頻信號與電力

7、線的耦合，每個型號的耦合器都有特定的參數(shù),各型號耦合器不能混用和替代使用。耦合器的應(yīng)用環(huán)境在小區(qū)機(jī)房或者弱電井房耦合電力線的地方。局端電力網(wǎng)橋?qū)⒁蕴W(wǎng)上聯(lián)接口接收過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換變成模擬信號，用正交頻分復(fù)技術(shù)（OFDM）調(diào)制到2M-30M頻寬的多個載波上，由模擬前端對信號進(jìn)行濾波和自適應(yīng)功率放大，再從PLC信號接口耦合到電力線進(jìn)行傳輸；無線電力貓終端將電力線上PLC信號提取出來，進(jìn)行濾波和自適應(yīng)功率放大后解調(diào)、A/D轉(zhuǎn)換、最后還原為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并且通過AP模塊廣播無線信號，從而實現(xiàn)借助電力線解決WLA入戶覆蓋。2.2PLC系統(tǒng)通信機(jī)制PLC系統(tǒng)的局端電力網(wǎng)橋和無線電力貓終端采用點對多的拓

8、撲結(jié)構(gòu)，采用MASTERSLA模式適應(yīng)電力線接入網(wǎng)絡(luò)模式，局端電力網(wǎng)橋定義為MASTE模式,無線電力貓終端定義為SLAVE莫式，相互之間是主從關(guān)系。PLC系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)采用了不同的傳輸方式，專為適應(yīng)電力線共享網(wǎng)絡(luò)媒介的特性而設(shè)計。當(dāng)無線電力貓終端聯(lián)通電源后，系統(tǒng)會自動搜尋局端電力網(wǎng)橋，并且在局端電力網(wǎng)橋上注冊自己的MAC地址，同時，局端電力網(wǎng)橋給每一個電力貓終端分配一個唯一的終端設(shè)備標(biāo)識（TEI）。數(shù)據(jù)從局端電力網(wǎng)橋以時分復(fù)用技術(shù)（TDM）廣播到每個電力貓終端，當(dāng)數(shù)據(jù)信道到達(dá)電力貓終端時，會根據(jù)TEI在物理層上做出判斷，接收給它自己的數(shù)據(jù)幀，摒棄那些給其他無線電力貓終端設(shè)備的數(shù)據(jù)幀。昆山網(wǎng)電

9、的PLC設(shè)備采用了十分高效的MACg處理技術(shù)，支持工頻周期同步機(jī)制，綜合使用具有QoS保證的TDMA寸分多址有序接入和CSMAt爭接入2種方式，并通過快速自動重發(fā)請求ARC可靠傳送。其中，TDMAS向連接，提供QoS保障，確保帶寬預(yù)留、咼可靠性和嚴(yán)格的時延抖動控制；CSMA5向優(yōu)先級，提供四級優(yōu)先級。局端電力網(wǎng)橋控制所在的電力線網(wǎng)絡(luò)其他同等設(shè)備的活動，并協(xié)調(diào)同相鄰電力線網(wǎng)絡(luò)的共存，以支持電力線寬帶接入、多電力線網(wǎng)絡(luò)運行和隱藏節(jié)點服務(wù)。局端電力網(wǎng)橋除了提供無線電力貓終端網(wǎng)絡(luò)集中與接入外，還采用VLAN和QOS技術(shù)，能夠?qū)τ脩舻臄?shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)進(jìn)行精細(xì)化管理，可以針對用戶的不同業(yè)務(wù)需求進(jìn)行帶寬

10、分配和管理配置，并且采用黑白名單的方式對終端用戶進(jìn)行管理。所有電力貓終端的上行數(shù)據(jù)都傳遞給局端電力網(wǎng)橋，無線電力貓終端之間不能相互通訊，也就是各個用戶之間是隔離的，這可以有效避免用戶之間的影響。2.3昆山網(wǎng)電WLAN入戶PLC解決方案影響因素簡析電力線最初設(shè)計是給用電設(shè)備傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，利用電力線作為通信傳輸媒介，自然會引起眾多的疑問，其主要分為政策層面和技術(shù)層面。1. 政策層面：關(guān)于電力線寬帶的接入仍然需要依靠骨干網(wǎng)絡(luò)，解決的是大樓到桌面的這一段接入。因此，要做電力線寬帶接入的運營，要么由城域網(wǎng)運營商與PLC駐地運營商合作，要么就由傳統(tǒng)的運營商利用PLC技術(shù)自建駐地網(wǎng)。要獲

11、得寬帶經(jīng)營資質(zhì)許可，提供寬帶接入業(yè)務(wù)，就必須獲得信息產(chǎn)業(yè)部的駐地網(wǎng)許可證，無線寬帶WLAr亦是如此。在三大運營商大規(guī)模推廣無線寬帶以前，關(guān)于電力線上網(wǎng)的推廣和應(yīng)用，都是由國電通信中心牽頭來做的，信息產(chǎn)業(yè)部沒有叫停，沒有許可，也沒有相關(guān)的“電通”牌照的問世。但是，我們在WLAF無線寬帶入戶的解決方案中，所有涉及到的電力線通信介質(zhì)均在低壓段，而室內(nèi)的電力線產(chǎn)權(quán)上屬于業(yè)主或者物業(yè)所有，上海電信亦在2010年下半年借助PLC電力線通信介質(zhì)在上百個小區(qū)實現(xiàn)了IPTV的數(shù)據(jù)傳輸，因此，電信級運營商憑借大量的物業(yè)資源使用電力線解決WLAN無線寬帶入戶，是否會受到國家電網(wǎng)的干涉暫時還不會有定論。2. 技術(shù)層面

12、：國電通信中心幾年前曾經(jīng)牽頭在北京、深圳等地進(jìn)行過大規(guī)模的電力線寬帶運營，結(jié)果我們是知道的失敗，包括現(xiàn)在都可以看到網(wǎng)上對當(dāng)時電力線寬帶業(yè)務(wù)的很多否定評價，我們暫且不討論其運營模式，就從技術(shù)層面對當(dāng)時的失敗進(jìn)行一個簡單的分析?！吧暇W(wǎng)就不能用電吹風(fēng)，電壓不穩(wěn)會掉線”這個就是當(dāng)時電力線通信的真實寫照，現(xiàn)在還可以在網(wǎng)上隨處搜索到，所有用戶對這樣的服務(wù)投訴不斷。當(dāng)時的電力線上網(wǎng)詬病多，主要集中在穩(wěn)定性、信號衰減、信息安全、電磁干擾等問題上，用戶的投訴更是集中在上網(wǎng)時性能不穩(wěn)定、受外界電源狀況影響過多等情況。常言道，科技改變?nèi)祟惿睿萍继幱跁r時刻刻的高速變化中。電力線通信技術(shù)同樣如此，縱觀其發(fā)展的十幾年

13、歷程，從低速率的幾十Kbps到目前的500Mbps從無標(biāo)準(zhǔn)無序狀態(tài)到IEEE和ITU等競相發(fā)布PLC通信的標(biāo)準(zhǔn)，我們暫且不討論以往技術(shù)的缺陷或者說以往技術(shù)的不完美。目前昆山網(wǎng)電的PLC設(shè)備在物理層采用具有高級前向糾錯、通道預(yù)估和自適應(yīng)能力的OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，通過工頻周期同步機(jī)制確保良好的抗工頻周期同步噪聲的信道適應(yīng)能力，如調(diào)光燈、充電器等產(chǎn)生的諧波，并且采用了先進(jìn)的MAC!處理技術(shù)保證高質(zhì)量的電力線通信。至于安全性，昆山網(wǎng)電的PLC系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信完全支持128位的AES數(shù)據(jù)加密，并且可以保證各個終端的數(shù)據(jù)隔離來確保終端用戶的隱私。另外，昆山網(wǎng)電創(chuàng)新性的將PLC設(shè)備同目前的WLANS統(tǒng)的無線

14、接入點AP相融合，實現(xiàn)WLAN數(shù)據(jù)的干線傳輸，并且完全借用各運營商已經(jīng)建設(shè)的有線側(cè)網(wǎng)元、WLAF認(rèn)證計費等系統(tǒng)，實現(xiàn)了PLC電力線通信系統(tǒng)與現(xiàn)在WLANS統(tǒng)的完美融合。3. 昆山網(wǎng)電WLA入戶PLC解決方案經(jīng)典案例2011年，中國移動（微博）某城市分公司PLC無線寬帶項目是昆山網(wǎng)電WLAN入戶PLC解決方案第一個大規(guī)模應(yīng)用的縮影。此項目起始于2011年的4月份，并且是以聯(lián)合研究課題的形式開展基于PLC技術(shù)的無線寬帶覆蓋模式聯(lián)合研究項目，該課題的目的是開展基于PLC（電力線上網(wǎng)技術(shù)，PowerLineCommunication，簡稱PLC技術(shù)的無線寬帶覆蓋模式的初步技術(shù)驗證測試，在技術(shù)驗證測試過

15、程，發(fā)現(xiàn)該模式的設(shè)備及技術(shù)特點存在的問題，并且解決問題，為該模式的大規(guī)模推廣鋪平道路。昆山網(wǎng)電通過敏銳的市場嗅覺，牢牢把握住了此次機(jī)會，并且成為了該課題的主要參與廠家，并為后續(xù)7月份的大規(guī)模招標(biāo)和部署打下了堅實的基礎(chǔ)。1.中國移動分公司基于PLC技術(shù)的無線覆蓋項目系統(tǒng)架構(gòu)中國移動分公司完全借用現(xiàn)有已建設(shè)的WLAN系統(tǒng)，聯(lián)合中國鐵通某分公司,同時借助中國鐵通已有的物業(yè)資源，通過昆山網(wǎng)電的PLC解決方案實現(xiàn)小區(qū)的WLA無線寬帶覆蓋，系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖2所示。轉(zhuǎn)播到騰訊微博圖2某某移動WLA入戶PLC解決方案系統(tǒng)架構(gòu)小區(qū)樓宇配電間的PLC局端電力網(wǎng)橋的RJ45接口連接交換機(jī)/ONU光收發(fā)器通過光纜到中

16、國移動某分公司的通信機(jī)房接入網(wǎng)絡(luò)口。PLC局端電力網(wǎng)橋射頻信號輸出經(jīng)過耦合器，將信號耦合到電力線上，住戶家里面，再連接到每個用戶端的PLCModen（無線電力貓）。用戶的無線電力貓默認(rèn)廣播中國移動某分公司的CMC信號，從而實現(xiàn)基于PLC系統(tǒng)的WLANc線寬帶入戶覆蓋。2.中國移動某分公司的WLA!入戶PLC解決方案優(yōu)劣對比相比WLANg分覆蓋，PLC解決方案的優(yōu)勢顯而易見，即便與傳統(tǒng)有線寬帶通信而言，亦有不可比擬的優(yōu)勢：1）成本低：對運營商而言，利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有的電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等，大大減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資；對用戶而言，通過電力線上網(wǎng)，無需通

17、過電話線，相對減少了通話費用，且享受到價格優(yōu)惠的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。2）覆蓋廣：無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)是此方案的優(yōu)勢，電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大是其他網(wǎng)絡(luò)所無法比擬的，運營商可以輕松地將網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每個家庭。此方案將會促進(jìn)電信級運營商市場的發(fā)展，并為WLAF普及帶來極大的發(fā)展空間。3）傳輸速率高：利用電力線上網(wǎng)能夠為用戶提供高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，信息傳送速度可達(dá)到200Mbit/s，甚至后續(xù)平滑升級到500Mbit/s，滿足普通家庭的WLAI無線寬帶入戶。4）適用性強(qiáng)：能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己

18、家里的電器設(shè)備。當(dāng)今，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，以及各種支持上網(wǎng)的電視機(jī)和冰箱等數(shù)字家電的普及，需要大幅度地增加接入端口，通過電力線路，無線高速接入互聯(lián)網(wǎng)就能解決這個問題。5）施工快捷：采用PLC解決方案，一線兩用，成本低，在網(wǎng)絡(luò)傳輸資源到位的情況下，全網(wǎng)覆蓋小區(qū)的一棟住宅樓，只需要幾個小時的時間。無論在施工時間上，還是施工難度上，其他的解決方案都與此方案無法比擬。6）售后壓力小：無線電力貓終端屬于家庭里的終端產(chǎn)品，雖然產(chǎn)品需求數(shù)量巨大，但是因為其資產(chǎn)屬性屬于用戶端，用戶也即插即用，運營商不必時刻支付高昂的設(shè)備運維費用。運營模式類似中國電信（微博）的Modem終端用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量情況和使用時間，根據(jù)業(yè)務(wù)協(xié)議進(jìn)行退換或者購買，售后壓力非常小。3. WLAN無線寬帶入戶PLC解決方案發(fā)展前景緊接中國移動某分公司采用昆山網(wǎng)電WLAN無線寬帶入戶PLC解決方案大規(guī)模商用之后，該省的其他地市也陸續(xù)開啟相似的項目對住宅小區(qū)等家庭用戶進(jìn)行WLAI無