面向三網融合的低壓配網通信技術綜述

張林山 楊 晴 崔玉峰 王 駿

(云南電力試驗研究院 (集團)有限公司電力研究院，云南 昆明 650217)

1 前言

全球主要國家逐步實現有線電視網、電信網和因特網等三網的相互融合，使得信息網絡進入一個新的網絡時代，在更先進、更廣泛的平臺上開展技術和應用創新。

對于我國來說， “三網融合”面臨著政策、技術、市場和機制創新的全面挑戰，因此三網融合是一個復雜的系統工程。低壓光纖復合電纜技術、電力線通信技術等低壓配網通信技術的不斷發展，成為智能電網切入“三網融合”、支持“三網融合”發展的突破口。

“三網融合”是為了實現網絡資源的共享，避免低水平的重復建設，形成適應性廣、容易維護、費用低的高速寬帶的多媒體基礎平臺。即電信網、廣播電視網、互聯網分別在向下一代電信網、下一代廣播電視網、下一代互聯網的發展和演進過程中，網絡的功能趨于一致、業務范圍趨于相同，都可以為用戶提供打電話、上網和看電視等多種服務。

三網融合的階段性目標為:2010年至2012年重點開展廣電和電信業務雙向進入試點，探索形成保障三網融合規范有序開展的政策體系和體制機制。2013年至2015年，總結推廣試點經驗，全面實現三網融合發展，普及應用融合業務，基本形成適度競爭的網絡產業格局，基本建立適應三網融合的體制機制和職責清晰、協調順暢、決策科學、管理高效的新型監管體系。

2 電力線通信技術

目前上網有多種技術，第一種是電話線的撥號 (即xDSL方式)，第二種是有線電視線路的Cable Modem方式，第三種是雙絞線的以太網方式，第四種是電力線上網 (Power Line Communication，PLC)，即電力線通信。

2.1 PLC的接入原理

PLC技術主要包括以下幾個部分組成:

1)電力線網絡單元 (PNU)，它負責控制電力線網絡并從單元配電網集成話務。通過適當的電信干線接口，PNU再將話務傳至饋電網絡。根據饋電網絡中使用的不同介質，PNU也可轉換來自低壓配電網的數據話務。

2)電源線網絡終端 (PNT)，它為最終用戶PC或其它用戶提供適當的接口，如以太網或是USB。為了降低成本，這一獨立設備能夠和PC或其它設備相集成。

3)耦合設備 (Coupling Unit)，將信號傳入線路并過濾噪音。目前它還是一個插銷插入電插座的相對獨立的設備，今后它可能會和PLC調制解調器集成于一體。PLC調制解調器和PC內的耦合設備的集合體有一天將使PC可以直接在網上運行。

配電網是一種共享介質，即所有與之相連的用戶都共享同一“電纜”。在典型的城市配置中，它則可視為與一個變壓器相連的大約100到200個用戶。采用電力通信技術，把載有信息的高頻信號加載于電流，然后用電線傳輸，接收信息的調制解調器把高頻信號從電流中分離出來，并傳送到計算機或電話等，以實現信息傳遞。用戶通過PLC Modem聯結到戶內電源插座，通過電力線聯接樓宇配電變壓器端的PLC主控設備，完成接入。用戶只需裝設一臺PLC－Modem，不用撥號，就能在線地接收和發送Internet信息。

2.2 PLC的關鍵技術

電力線不同于普通的數據通信線路，當作為一種數據傳輸的媒介時，遇到許多干擾:首先，電力線上有許多不可預料的噪聲和干擾源。其次，電力線通訊具有時間上不可控、不恒定的特點。與信號潔凈、特性恒定的Ethernet電纜相比，電力線上接入了很多電器、音響設備，這些設備任何時候都可以插入或斷開、開機或關閉電源，因而導致電力線的特性不斷地變化。為了克服各種干擾，電力線通信系統采用的調制技術主要是OFDM(正交頻分復用)、DMT(多載波調制)、擴頻及常規的QPSK，FSK等，為適應高速率的傳輸要求，多載波正交頻分復用將是解決傳輸頻帶利用的有效方法。

OFDM技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道是非平坦的，也就是具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，并且在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。OFDM技術有三個優點:

1)可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸。當信道中因為多徑傳輸而出現頻率選擇性衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統總的誤碼率性能要好得多。

2)通過各子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。OFDM技術本身已經利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。通過將各個信道聯合編碼，則可以使系統性能得到提高。

3)OFDM技術抗窄帶干擾性很強，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。

2.3 PLC的優缺點

用電力線作家庭總線有其顯著的優點:成本低、施工方便、一線兩用，價格低廉，延伸方便。由于電力線無所不在，該項技術充分利用現有的低壓配電網絡基礎設施，是一種“No New Wires”技術，節約了資源。一個民用220V線路的變壓器只覆蓋一定范圍內的用戶，所以在同一條電力線上的資源不會因為用戶太多而降低效率。

電力線傳輸所存在明顯的缺點就是噪聲大和安全性低的問題。盡管電力線可以作為高速通信的一種備選介質，但電力系統的基礎設施并不具備提供高質量數據傳輸服務的功能，而且，使用電力線來進行通信經常會發生一些不可預知的錯誤。家庭電器產生的電磁波會對通信產生干擾，這種聯網方式也會影響短波收音機等。另外，供電網上網服務，是一種“共享帶寬” (Shared Bandwidth)的技術，用戶上網時的速度，取決于當時會有多少用戶上網。如果很多用戶同時上網，傳輸速度相對就較慢。

2.4 電力線通信技術的發展趨勢

電力線上網技術具有廣闊的發展前景，它為家用電器的智能化奠定了基礎，是電網智能化的組成部分。基于OFDM調制方式的電力線寬帶通信最高通信速率可以達到200Mbps，具有較強的信道自適應能力和抗干擾能力。目前電力線寬帶通信已在國內許多用電信息采集系統中試點應用。

3 低壓光纖復合電纜技術

3.1 OPLC概述

低壓通信接入網具有點數多、范圍廣、信息量龐大、實時性要求高等特點，需要一個深入到千家萬戶的高帶寬、高可靠性的網絡，解決智能電網終端用戶接入和大量用電信息交互的問題。光纖通信高速、穩定可靠、抗干擾能力強，已經成為勢不可擋的發展趨勢。

光纖復合低壓電纜 (Optical Fiber Composite Low－Voltage Cable，OPLC)是一種將光單元復合在低壓電力電纜內，具有電力傳輸和光通信傳輸能力的電纜。采用光纖復合低壓電纜 (OPLC)技術可實現電力光纖到戶。目前，隨著國家電網和南方電網加大對智能電網的建設，除了主干網大力建設高壓、超高壓大容量輸電線路外，還在用戶端力推電力光纖到戶 (PFTTH)，即在低壓通信接入網中采用光纖復合低壓電纜，將光纖隨低壓電力線敷設，實現到表到戶，配合無源光網絡技術，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、三網融合等業務。

如果把傳輸數據信息的金屬媒質與電力線護套放在一起是不行的。當電力線流過工頻電流時，就會對與護套在一起的其他金屬導線產生嚴重的電磁干擾，信息網絡將無法正常工作。那么，而光纖的傳輸容量大、質量輕、體積小、成本低、抗腐蝕、沒有電磁輻射、不被電磁干擾、傳輸衰耗小、雷電危害少等特性是金屬導線無法相比的。而且，光纖通信增強了網絡對數據格式、速率、波長和協議的透明性，放寬了對環境條件和供電等的要求，簡化了安裝和維護工作。同時，光傳輸和電能傳輸屬于不同類型的傳輸方式，相互沒有電磁干擾。同樣，光纖和電力線屬于不同類型的材料，復合在一起無需考慮相互的電氣絕緣問題。因此，只有光纖才能與電力線復合成新的網絡傳輸材料。

圖1為一種單相二線四芯光纖復合低壓電纜結構示意圖，也可以根據電網要求，采用三相四線、三相五線等光纖復合低壓電纜，它為OLT、EONB、EONT、配電機房或者配電變壓器之間提供電能和光信號傳輸的物理鏈路。

圖1 OPLC結構示意圖

采用光纖復合電纜和基于EPON(以太網方式的無源光網絡)技術建設居住區低壓電力通信網絡。即在居住區的配電室部署EPON局端設備(OLT);在居住區分布式電源、電動汽車充電樁和居民計量表計處，以及居民家庭內部部署EPON終端設備 (ONU);EPON局端設備與終端設備之間通過光纖復合低壓電纜中光纖進行連接。在一般的光纖入戶應用中，光纜按工作環境可分為室外光纜、室內光纜和室內室外光纜。按照使用位置可分為饋線光纜、配線光纜和入戶線光纜。

基于光纖復合低壓電纜的電力光纖到戶在技術上實現了只需一次施工、一個通道、一次性解決線纜入戶的問題，可取代以往電線、網線、電話線、有線電視線等多條線路的多次施工，大大節約線纜資源和管道資源，是目前性價比最高的光纖入戶“最后一公里”方案。采用OPLC與分別敷設光纜和電纜相比，能較大幅度降低建設成本，還避免了二次施工造成的資源浪費，是低壓通信接入網目前集成度高、節省資源的優選技術。

3.2 OPLC的應用現狀與趨勢

國家電網已完成電力光纖入戶的相關準備工作:確定基于OPLC中國電纜網版權所有的技術方案;頒布了《智能電網關鍵設備研制規劃》和《智能電網技術標準體系規劃》;與中國科學院、上海電纜研究所等科研單位簽署戰略合作協議;選定亨通光電、中天科技等公司作為OPLC的供應商。國家電網計劃在2010年內，將在14個省公司的20個城市進行電力光纖試點首批小區試點建設，共覆蓋約4.7萬用戶。首批電力光纖試點小區已經在河南、重慶和沈陽開工，沈陽的首批81套住宅全部接入電力光纖入戶系統。試點成功后，將大面積推廣，今后新建小區的電力接入都將采用電力光纖入戶。

據悉，包含《光纖復合低壓電纜技術規范》在內的國家電網的用電側通信技術規范系列標準將在2010年制定完成。

4 結束語

“三用融合”是一個長期的過程，是一個系統工程，智能電網的興起將進一步推動“三網融合”的發展。光纖復合低壓電纜配合目前國內外普遍采用的基于以太網方式的無源光網絡(EPON)進行光纖入戶的建設，是今后的發展方向。電力線寬帶技術可定位于用電信息采集，或在戶內作為光纖復合低壓電纜的延伸和補充使用，以充分發揮兩者的優勢。

［1］喬維德.對電力線上網技術的應用研究及分析 ［J］.江蘇電器，2006(2).

［2］宋健，趙丙鎮，李曉.寬帶電力線通信網設計［M］:人民郵電出版社，2008.

［3］王德清.電力光纖復合型網絡的建設探討 ［J］.電力系統通信，2007(10).