WLAN無(wú)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(jiǎn)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(duì)該方案的系統(tǒng)組成、通信機(jī)制及影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)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(wú)線寬帶入戶、,、-前言3G+WLA業(yè)務(wù)在即將過(guò)去的2011年已經(jīng)步入了成熟期，在政府和各大運(yùn)營(yíng)商的推動(dòng)下，未來(lái)兩年內(nèi)“無(wú)線城市”將會(huì)遍布神州大地。對(duì)于WLAN的入戶問(wèn)題，南方電信和北方聯(lián)通都可以借助先天的優(yōu)勢(shì)來(lái)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(gè)殺手鉗CATV的同軸

2、線纜（即稱(chēng)HFC混合光纖同軸網(wǎng)）。各大運(yùn)營(yíng)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(wú)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(jiǎn)稱(chēng)PLC（PowerLineCommunication），是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)、話音、視頻信號(hào)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(gè)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(huì)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(wú)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(duì)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(duì)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(diǎn)區(qū)域，分流3G網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)流量，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，改善用戶體驗(yàn)。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(duì)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(duì)于使用800/900MHZ的GSM網(wǎng)絡(luò)，WLAN信號(hào)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(chǎng)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(duì)于普通的家庭用戶來(lái)說(shuō)，對(duì)于WLANg分技術(shù)人員和移動(dòng)、聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商等，那無(wú)疑是一個(gè)美妙的夢(mèng)。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(wèn)題。通信系統(tǒng)主要由局端電力網(wǎng)橋、無(wú)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(guò)AC100V-240V電力線傳輸和接收以太網(wǎng)信號(hào)，可以使原有的電力線網(wǎng)絡(luò)以很低的投資升級(jí)成為

6、一個(gè)電信級(jí)的可運(yùn)營(yíng)、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(hào)調(diào)制成可以在電力線上傳輸?shù)纳漕l信號(hào)，通過(guò)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(diǎn)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(wú)線電力貓無(wú)線電力貓，即無(wú)線電力型AP,顧名思義，是電力調(diào)制解調(diào)模塊（Modem和無(wú)線接入點(diǎn)AP的融合。AP單元完美支持目前802.11g/n協(xié)議。無(wú)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(shí)現(xiàn)PLC高頻信號(hào)與電力

7、線的耦合，每個(gè)型號(hào)的耦合器都有特定的參數(shù),各型號(hào)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(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，用正交頻分復(fù)技術(shù)（OFDM）調(diào)制到2M-30M頻寬的多個(gè)載波上，由模擬前端對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和自適應(yīng)功率放大，再?gòu)腜LC信號(hào)接口耦合到電力線進(jìn)行傳輸；無(wú)線電力貓終端將電力線上PLC信號(hào)提取出來(lái)，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(guò)AP模塊廣播無(wú)線信號(hào)，從而實(shí)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(wú)線電力貓終端采用點(diǎn)對(duì)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(wú)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(zhuān)為適應(yīng)電力線共享網(wǎng)絡(luò)媒介的特性而設(shè)計(jì)。當(dāng)無(wú)線電力貓終端聯(lián)通電源后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜尋局端電力網(wǎng)橋，并且在局端電力網(wǎng)橋上注冊(cè)自己的MAC地址，同時(shí)，局端電力網(wǎng)橋給每一個(gè)電力貓終端分配一個(gè)唯一的終端設(shè)備標(biāo)識(shí)（TEI）。數(shù)據(jù)從局端電力網(wǎng)橋以時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）廣播到每個(gè)電力貓終端，當(dāng)數(shù)據(jù)信道到達(dá)電力貓終端時(shí)，會(huì)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(wú)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(zhēng)接入2種方式，并通過(guò)快速自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)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(shí)延抖動(dòng)控制；CSMA5向優(yōu)先級(jí)，提供四級(jí)優(yōu)先級(jí)。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(dòng)，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(yùn)行和隱藏節(jié)點(diǎn)服務(wù)。局端電力網(wǎng)橋除了提供無(wú)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(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)進(jìn)行精細(xì)化管理，可以針對(duì)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(duì)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(wú)線電力貓終端之間不能相互通訊，也就是各個(gè)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(jiǎn)析電力線最初設(shè)計(jì)是給用電設(shè)備傳送電能的，而不是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的，利用電力線作為通信傳輸媒介，自然會(huì)引起眾多的疑問(wèn)，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(yùn)營(yíng)，要么由城域網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商與PLC駐地運(yùn)營(yíng)商合作，要么就由傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商利用PLC技術(shù)自建駐地網(wǎng)。要獲

11、得寬帶經(jīng)營(yíng)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(wú)線寬帶WLAr亦是如此。在三大運(yùn)營(yíng)商大規(guī)模推廣無(wú)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(guó)電通信中心牽頭來(lái)做的，信息產(chǎn)業(yè)部沒(méi)有叫停，沒(méi)有許可，也沒(méi)有相關(guān)的“電通”牌照的問(wèn)世。但是，我們?cè)赪LAF無(wú)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(gè)小區(qū)實(shí)現(xiàn)了IPTV的數(shù)據(jù)傳輸，因此，電信級(jí)運(yùn)營(yíng)商憑借大量的物業(yè)資源使用電力線解決WLAN無(wú)線寬帶入戶，是否會(huì)受到國(guó)家電網(wǎng)的干涉暫時(shí)還不會(huì)有定論。2. 技術(shù)層面

12、：國(guó)電通信中心幾年前曾經(jīng)牽頭在北京、深圳等地進(jìn)行過(guò)大規(guī)模的電力線寬帶運(yùn)營(yíng)，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(duì)當(dāng)時(shí)電力線寬帶業(yè)務(wù)的很多否定評(píng)價(jià)，我們暫且不討論其運(yùn)營(yíng)模式，就從技術(shù)層面對(duì)當(dāng)時(shí)的失敗進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析?！吧暇W(wǎng)就不能用電吹風(fēng)，電壓不穩(wěn)會(huì)掉線”這個(gè)就是當(dāng)時(shí)電力線通信的真實(shí)寫(xiě)照，現(xiàn)在還可以在網(wǎng)上隨處搜索到，所有用戶對(duì)這樣的服務(wù)投訴不斷。當(dāng)時(shí)的電力線上網(wǎng)詬病多，主要集中在穩(wěn)定性、信號(hào)衰減、信息安全、電磁干擾等問(wèn)題上，用戶的投訴更是集中在上網(wǎng)時(shí)性能不穩(wěn)定、受外界電源狀況影響過(guò)多等情況。常言道，科技改變?nèi)祟?lèi)生活，科技處于時(shí)時(shí)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(wú)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)序狀態(tài)到IEEE和ITU等競(jìng)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(shuō)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(jí)前向糾錯(cuò)、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(guò)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(gè)終端的數(shù)據(jù)隔離來(lái)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(wú)線

14、接入點(diǎn)AP相融合，實(shí)現(xiàn)WLAN數(shù)據(jù)的干線傳輸，并且完全借用各運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)建設(shè)的有線側(cè)網(wǎng)元、WLAF認(rèn)證計(jì)費(fèi)等系統(tǒng)，實(shí)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(guó)移動(dòng)（微博）某城市分公司PLC無(wú)線寬帶項(xiàng)目是昆山網(wǎng)電WLAN入戶PLC解決方案第一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用的縮影。此項(xiàng)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(kāi)展基于PLC技術(shù)的無(wú)線寬帶覆蓋模式聯(lián)合研究項(xiàng)目，該課題的目的是開(kāi)展基于PLC（電力線上網(wǎng)技術(shù)，PowerLineCommunication，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC技術(shù)的無(wú)線寬帶覆蓋模式的初步技術(shù)驗(yàn)證測(cè)試，在技術(shù)驗(yàn)證測(cè)試過(guò)

15、程，發(fā)現(xiàn)該模式的設(shè)備及技術(shù)特點(diǎn)存在的問(wèn)題，并且解決問(wèn)題，為該模式的大規(guī)模推廣鋪平道路。昆山網(wǎng)電通過(guò)敏銳的市場(chǎng)嗅覺(jué)，牢牢把握住了此次機(jī)會(huì)，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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.中國(guó)移動(dòng)分公司基于PLC技術(shù)的無(wú)線覆蓋項(xiàng)目系統(tǒng)架構(gòu)中國(guó)移動(dòng)分公司完全借用現(xiàn)有已建設(shè)的WLAN系統(tǒng)，聯(lián)合中國(guó)鐵通某分公司,同時(shí)借助中國(guó)鐵通已有的物業(yè)資源，通過(guò)昆山網(wǎng)電的PLC解決方案實(shí)現(xiàn)小區(qū)的WLA無(wú)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(dòng)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(guò)光纜到中

16、國(guó)移動(dòng)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(hào)輸出經(jīng)過(guò)耦合器，將信號(hào)耦合到電力線上，住戶家里面，再連接到每個(gè)用戶端的PLCModen（無(wú)線電力貓）。用戶的無(wú)線電力貓默認(rèn)廣播中國(guó)移動(dòng)某分公司的CMC信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)基于PLC系統(tǒng)的WLANc線寬帶入戶覆蓋。2.中國(guó)移動(dòng)某分公司的WLA!入戶PLC解決方案優(yōu)劣對(duì)比相比WLANg分覆蓋，PLC解決方案的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，即便與傳統(tǒng)有線寬帶通信而言，亦有不可比擬的優(yōu)勢(shì)：1）成本低：對(duì)運(yùn)營(yíng)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(shí)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(duì)用戶而言，通過(guò)電力線上網(wǎng)，無(wú)需通

17、過(guò)電話線，相對(duì)減少了通話費(fèi)用，且享受到價(jià)格優(yōu)惠的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。2）覆蓋廣：無(wú)所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)是此方案的優(yōu)勢(shì)，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(wú)法比擬的，運(yùn)營(yíng)商可以輕松地將網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每個(gè)家庭。此方案將會(huì)促進(jìn)電信級(jí)運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)的發(fā)展，并為WLAF普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。3）傳輸速率高：利用電力線上網(wǎng)能夠?yàn)橛脩籼峁└咚俚臄?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(jí)到500Mbit/s，滿足普通家庭的WLAI無(wú)線寬帶入戶。4）適用性強(qiáng)：能夠通過(guò)電力線將整個(gè)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(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制自己

18、家里的電器設(shè)備。當(dāng)今，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)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(guò)電力線路，無(wú)線高速接入互聯(lián)網(wǎng)就能解決這個(gè)問(wèn)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(gè)小時(shí)的時(shí)間。無(wú)論在施工時(shí)間上，還是施工難度上，其他的解決方案都與此方案無(wú)法比擬。6）售后壓力小：無(wú)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?yàn)槠滟Y產(chǎn)屬性屬于用戶端，用戶也即插即用，運(yùn)營(yíng)商不必時(shí)刻支付高昂的設(shè)備運(yùn)維費(fèi)用。運(yùn)營(yíng)模式類(lèi)似中國(guó)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(shí)間，根據(jù)業(yè)務(wù)協(xié)議進(jìn)行退換或者購(gòu)買(mǎi)，售后壓力非常小。3. WLAN無(wú)線寬帶入戶PLC解決方案發(fā)展前景緊接中國(guó)移動(dòng)某分公司采用昆山網(wǎng)電WLAN無(wú)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(kāi)啟相似的項(xiàng)目對(duì)住宅小區(qū)等家庭用戶進(jìn)行WLAI無(wú)