電力線寬帶技術(shù)（BPL）工作原理

引言

一項新興的技術(shù)可能會對競爭激烈的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)行業(yè)產(chǎn)生重大影響。它通過最不尋常的方式為家庭提供高速上網(wǎng)服務(wù)：常見的電器插座。

利用電力線寬帶（BPL），將您的計算機連接到家中的任何電器插座后便可以立即高速訪問互聯(lián)網(wǎng)。通過將無線電、無線聯(lián)網(wǎng)和調(diào)制解調(diào)器等幾種技術(shù)原理相結(jié)合，開發(fā)人員創(chuàng)造出一種通過電力線將數(shù)據(jù)傳送到家庭的技術(shù)，傳輸速度介于每秒500千比特（Kbps）到3兆比特（Mbps）之間（與DSL，即數(shù)字用戶線路，和電纜調(diào)制解調(diào)器的速度相當(dāng)）。

BPL已在美國和英國的幾個城市中進行測試。在本文中，博聞網(wǎng)將簡要描述這項新的服務(wù)、它的實現(xiàn)方法以及它對普通家用電器有何意義。我們還將了解圍繞BPL所產(chǎn)生的爭論。

為何要開發(fā)電力線寬帶技術(shù)？

盡管過去幾年寬帶技術(shù)發(fā)展迅速，但世界上仍有大量的地區(qū)無法高速訪問互聯(lián)網(wǎng)。與互聯(lián)網(wǎng)提供商將獲得的相對較少的客戶數(shù)相比，在農(nóng)村地區(qū)鋪設(shè)線纜并建設(shè)必要的基礎(chǔ)設(shè)施以提供DSL或電纜調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)服務(wù)的成本過于高昂。但是如果能通過電力線提供寬帶服務(wù)的話，則無需建設(shè)新的基礎(chǔ)設(shè)施。這樣只要有電的地方就能夠享受寬帶服務(wù)。

通過使用專門設(shè)備對當(dāng)前電網(wǎng)稍加改造，BPL開發(fā)商便可以與電力公司和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商合作為大家提供電力寬帶上網(wǎng)服務(wù)。

目前，此方案針對兩種BPL服務(wù)：

• 室內(nèi)BPL將建筑物內(nèi)的計算機聯(lián)網(wǎng)。
• 接入BPL將使用電力線提供寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并允許電力公司以電子方式監(jiān)視電力系統(tǒng)。

通過在室內(nèi)所有電器插頭之間提供高速數(shù)據(jù)傳輸，便有可能將房屋內(nèi)的所有普通家用電器聯(lián)網(wǎng)。如果您的鬧鐘、電燈開關(guān)和咖啡壺可以通過高速連接彼此通信，那您早上的情形與現(xiàn)在相比將大不相同。

原有傳輸數(shù)據(jù)方法

如果您讀過互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，便會知道互聯(lián)網(wǎng)是世界范圍內(nèi)由電纜、計算機和有線及無線設(shè)備連接起來的小網(wǎng)絡(luò)組成的一個龐大的物理網(wǎng)絡(luò)。

通常，大型ISP（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商）從電話公司租賃光纖線路來傳輸互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)并最終傳送到其他介質(zhì)（電話、DSL 或電纜線路），然后傳入您的家中。每天在光纖線路上都有數(shù)萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)在傳輸，因為這種傳輸方式很穩(wěn)定，所以不會與其他類型的傳輸產(chǎn)生干擾。

使用交流電（AC）電流傳輸數(shù)據(jù)并不是什么新鮮的想法。通過在同一線路上綁定射頻（RF）能量和電流，便可以傳輸數(shù)據(jù)而無需單獨的數(shù)據(jù)線。因為電流和RF的振蕩頻率不同，所以彼此之間不會相互干擾。電力公司在數(shù)年間一直使用該技術(shù)監(jiān)控電網(wǎng)性能。如今甚至出現(xiàn)了在家中或企業(yè)中使用電線傳輸數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)解決方案。但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相當(dāng)簡單并且速度相對較慢。

BPL技術(shù)的開發(fā)者Current Communications Group和Enikia正在與Ameren和EPRI之類的電力公司合作推動BPL的發(fā)展。他們已經(jīng)開發(fā)出若干種不同的方法來克服通過電力線傳輸數(shù)據(jù)時遇到的困難。這些方法的細節(jié)仍屬于高度機密，因為在尚未確定采用哪家公司的方法作為部署B(yǎng)PL的標(biāo)準(zhǔn)方式之前，這兩家公司都在為獲得FCC和IEEE的青睞而展開競爭。

用高壓電力線傳輸數(shù)據(jù)

與電話公司一樣，電力公司也在世界各地擁有聯(lián)網(wǎng)的線路。不同之處在于電力線的覆蓋范圍大大超過了電話公司光纜的覆蓋范圍。這使得電力線在尚未鋪設(shè)光纜的地方成為了上網(wǎng)服務(wù)載體的首選。

這些電力線只是電力公司電網(wǎng)的一個組成部分。除線路之外，電網(wǎng)還使用發(fā)電機、變電站、變壓器和其他配電器從電廠將電流以各種方式傳輸?shù)綁Ρ谏系牟孱^中。當(dāng)電力離開電廠后，將到達輸變電站，然后送到高壓輸電線。傳輸寬帶數(shù)據(jù)時面臨的第一個障礙就是這些高壓線路。

高壓線路上的電流電壓介于155-765千伏之間。如此大的電流不適于進行數(shù)據(jù)傳輸。因為它太“嘈雜”了。

如前所述，電流和RF都以特定頻率振蕩以傳輸數(shù)據(jù)。為了在點對點之間清晰地傳輸數(shù)據(jù)，必須在無線電頻譜的專用頻帶下振蕩以免受其他振源的干擾。

數(shù)十萬伏的電流不會在恒定頻率下振蕩。這么大的電流會在所有頻譜范圍內(nèi)來回振蕩。當(dāng)它產(chǎn)生尖峰并發(fā)出嗡嗡聲時，將產(chǎn)生各種各樣的干擾。如果產(chǎn)生尖峰的頻率與RF用于傳輸數(shù)據(jù)的頻率相同，則會抵消該信號并且使數(shù)據(jù)傳輸斷開或遭到損壞。

BPL通過避開所有高壓電力線來避免此問題。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從傳統(tǒng)光纖線路下游傳至更便于管理的7,200伏中壓電力線。

在傳送至中壓線路之后，數(shù)據(jù)的傳輸距離十分有限，否則會發(fā)生衰減。為解決該問題，需要在線路上安裝特殊設(shè)備作為轉(zhuǎn)發(fā)器。轉(zhuǎn)發(fā)器接收數(shù)據(jù)并在新的傳輸過程中重新發(fā)送數(shù)據(jù)，將信號放大以進行下一步傳輸。

在Current Communications Group的BPL模型中，電線桿上還會安裝其他兩個設(shè)備以發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，即CT耦合器和變壓器。CT耦合器允許線路中的數(shù)據(jù)繞過變壓器。

變壓器的作用是將7,200伏的電壓降至240伏標(biāo)準(zhǔn)電壓以供普通家用電器使用。低能量的數(shù)據(jù)信號無法通過變壓器，因此您需要使用耦合器提供能夠繞過變壓器的數(shù)據(jù)通道。使用耦合器可輕松地將數(shù)據(jù)從7,200伏線路傳送至240伏線路并送入住房中，同時不會發(fā)生任何衰減。

互聯(lián)網(wǎng)接入家庭的“最后一公里”

后一公里是指將互聯(lián)網(wǎng)接入用戶家庭或辦公室的最后一步。

在BPL的各種“最后一公里”解決方案中，有些公司在電力線中同時傳輸信號和電流，而其他公司則將無線鏈路放在電線桿上并以無線方式將數(shù)據(jù)傳送至家庭。CT網(wǎng)橋能夠支持這兩種方式。

CT網(wǎng)橋還可以執(zhí)行以下操作：

• 管理客戶家中或辦公室中所有電器插座的對稱數(shù)據(jù)傳輸（“對稱”表示上載和下載的傳輸速度相同）
• 支持無線上網(wǎng)熱點
• 處理數(shù)據(jù)路由
• 管理用戶信息
• 使用動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP——允許在網(wǎng)絡(luò)中管理和分配IP地址的協(xié)議）
• 支持所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩用?

信號由插入墻壁插座中的電力線調(diào)制解調(diào)器接收。然后調(diào)制解調(diào)器將信號發(fā)送至您的計算機。讓我們來看一看這些調(diào)制解調(diào)器。

現(xiàn)已投入使用了
Current Technologies已經(jīng)在俄亥俄州的辛辛那提和馬里蘭州的羅克維爾等地提供BPL服務(wù)。

BPL調(diào)制解調(diào)器

BPL調(diào)制解調(diào)器使用專門設(shè)計用于將數(shù)據(jù)從電流中分離出來的硅芯片組。利用專門開發(fā)的模塊化技術(shù)和自適應(yīng)算法，BPL調(diào)制解調(diào)器可以處理寬頻譜范圍內(nèi)的電力線噪音。

BPL調(diào)制解調(diào)器支持即插即用并且與普通的電源適配器差不多大小。將它插入普通的墻壁插座，然后用一根以太網(wǎng)網(wǎng)線連接到您的計算機即可。也可以使用無線型號。

雖然這項新技術(shù)的前景看似廣闊，但并非每個人都對此歡欣鼓舞。在下一節(jié)中，我們將討論BPL技術(shù)實施過程中遇到的一些阻力。

BPL面臨的挑戰(zhàn)

在2003年4月23日，F(xiàn)CC向支持BPL技術(shù)前景的公眾發(fā)出一個調(diào)查通知并設(shè)法確定其實際實施標(biāo)準(zhǔn)。這項行動立即遭到來自美國業(yè)余無線電聯(lián)盟（ARRL）和聯(lián)邦緊急事務(wù)管理局（FEMA）的反對。這兩個組織聲稱BPL將產(chǎn)生嚴重的干擾問題。

他們認為BPL調(diào)制解調(diào)器是未經(jīng)許可的設(shè)備，就像無繩電話或車庫門遙控開啟器一樣。所有未經(jīng)許可的設(shè)備都受FCC的第15條規(guī)定管轄。這條規(guī)定要求：所有在美國境內(nèi)銷售的電子設(shè)備都必須符合FCC射頻發(fā)射限制。這些限制是為了保護諸如CB（民用波段）通信、空中交通管制和政府頻道之類的重要傳輸不受干擾。而ARRL和FEMA擔(dān)心裸露的中壓電力線中傳輸?shù)腂PL信號會產(chǎn)生干擾。

有線電視運營商通過將所有電纜進行屏蔽來解決干擾問題。有線電視運營商所用的“同軸電纜”在信號線周圍包有一圈編織的金屬屏蔽層。電話線也具有屏蔽層。電力線則沒有任何屏蔽。在許多情況下，電力線是一根裸露的或用塑料包裹的線。缺少屏蔽正是人們擔(dān)心產(chǎn)生干擾的原因。

根據(jù)FCC為BPL分配的帶寬，對其他無線電服務(wù)的干擾可能的確是一個問題。目前頻帶分為以下幾種：

• 調(diào)幅無線電——535千赫茲-1.7兆赫茲
• 短波無線電——5.9-26.1兆赫茲
• 民用波段（CB）無線電——26.96-27.41兆赫茲
• 電視臺——54-88兆赫茲用于2至6頻道
• 調(diào)頻無線電——88-108兆赫茲
• 電視臺——174-220兆赫茲用于7至13頻道

雖然FEMA愿意允許FCC尋找一種折衷方案，但ARRL聲稱絕不接受折衷方案，因為BPL所需帶寬將直接干擾業(yè)余無線電和短波無線電傳輸。BPL開發(fā)商說這些干擾都已得到解決，但只有進行測試并經(jīng)過一段時間之后才能做出判斷。在這之前，BPL的前進步伐將十分緩慢，因為它必須等待監(jiān)管機構(gòu)確定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。