電力線通信技術(shù)寬帶網(wǎng)絡的運營模式分析

我國最大的有線網(wǎng)絡是輸電和配電網(wǎng)絡，如果能利用四通八達、遍布城鄉(xiāng)、直達千家萬戶的220V低壓電力線傳輸高速數(shù)據(jù)，無疑是解決“最后300米/100米”最具競爭力的方案。同時也無疑會對有效打破駐地網(wǎng)的局部壟斷，為多家運營商帶來平等競爭的機會提供有力的技術(shù)武器。

　　在電力線上提供寬帶通信業(yè)務雖然剛剛興起，但從應用模式、投資回報分析以及歐洲及北美的運營經(jīng)驗上看，正逐漸顯示出其強大的生命力。這里，對這一技術(shù)的應用模式、運營模式和投資回報做一些簡單的分析。

一、電力線通信技術(shù)概述

　　近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和構(gòu)架在寬帶技術(shù)上的綜合業(yè)務的飛速發(fā)展，如何充分利用高價構(gòu)建起來的IP骨干網(wǎng)絡，為廣大網(wǎng)民提供多種業(yè)務，特別是語音業(yè)務，成為運營商思考的重要問題。顯然，傳統(tǒng)的撥號接入方式已不能滿足廣大網(wǎng)民的需要，寬帶接入市場正在飛速發(fā)展并日趨成熟，寬帶綜合布線、ADSL等接入手段正逐步替代原有的撥號網(wǎng)絡。

　　采用何種更經(jīng)濟快捷的通信方式，使用戶終端連接到最近的寬帶網(wǎng)絡設備，成為長期困擾服務提供商的一個難點，也是普及寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入的瓶頸之一，被業(yè)內(nèi)人士稱為寬帶網(wǎng)絡接入的“最后一公里/最后300米/最后100米”問題。

　　我國最大的有線網(wǎng)絡是輸電和配電網(wǎng)絡。如果能利用四通八達、遍布城鄉(xiāng)、直達千家萬戶的220V低壓電力線傳輸高速數(shù)據(jù)，無疑是解決“最后300米/100米”最具競爭力的方案。為此，高速電力線通信（PLC：Power Line Communication）應運而生。

　　電力線通信技術(shù)簡稱PLC，是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。電力線通信并不是新技術(shù)，已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在中高壓輸電網(wǎng)（35kV以上）上通過電力載波機利用較低的頻率以較低速率傳送遠程數(shù)據(jù)或話音，就是電力線通信技術(shù)應用的主要形式之一。在低壓(220V)領(lǐng)域，PLC技術(shù)首先用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化，傳輸速率一般為1200bps或更低，稱為低速PLC。近幾年國內(nèi)外開展的利用低壓電力線傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術(shù)即為高速PLC。

　　北京杰智訊通訊設備有限公司（Beijing Justel Communication Equipment Co. Ltd）是一家提供先進技術(shù)和設備的高科技公司，在高速PLC技術(shù)和軟交換技術(shù)上均有深入的研究，對技術(shù)的發(fā)展方向和運營商的需求有著深刻地理解。為使運營商，特別是目前沒有接入資源的運營商，能為大量有寬帶接入需求的用戶實現(xiàn)高速接入，并同時具備提供寬帶語音業(yè)務的能力，杰智訊公司將高速PLC技術(shù)和軟交換技術(shù)有機地結(jié)合起來，推出杰智訊PLCISS（PLC-based Integrated Services Systems）系統(tǒng)——基于電力線通信的綜合業(yè)務系統(tǒng)。該系統(tǒng)能為用戶提供高達14Mbps的數(shù)據(jù)通信帶寬，能同時傳輸數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務。

　　杰智訊PLCISS系統(tǒng)，從功能上可以分成三個子系統(tǒng)：PLCISS寬帶接入子系統(tǒng)，PLCISS軟交換核心子系統(tǒng)和PLCISS增值業(yè)務子系統(tǒng)。整個體系架構(gòu)在設計上遵循下一代網(wǎng)絡（NGN）分層、全開放的體系架構(gòu)，具有方便靈活、層次清晰、標準化程度高、易于擴展的優(yōu)點。

二、電力線通信設備的主要技術(shù)性能

　　1、高速電力線通信設備的技術(shù)原理

　　現(xiàn)在市場上的高速電力線通信設備的通信帶寬，根據(jù)使用的協(xié)議和核心芯片的不同，通常有2M、14M、45M等多種標準。從承載業(yè)務能力、投資經(jīng)濟性和成熟度上進行綜合比較，14M產(chǎn)品應該說是發(fā)展的主流，也是目前得到應用最多的產(chǎn)品。

　　高速電力線通信指的是在低壓電力線上進行高速的信號傳遞。涉及的主要技術(shù)有：信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)，媒體訪問控制技術(shù)，以及鏈路層的QoS保證機制。下面以北京杰智訊通訊設備有限公司的PLCISS系列產(chǎn)品為例，對其主要技術(shù)予以介紹。

　　與專用的通信線路相比，在電力線上進行數(shù)據(jù)傳遞存在很多額外的干擾因素，如各種家用電器的開、關(guān)，特別是變頻空調(diào)、可調(diào)亮度的節(jié)能燈、吸塵器等設備的開關(guān)和使用，常常給供電線路注入較大的干擾信號，導致供電線路上信號傳輸時，信噪比極低，信號難以提取。針對以上問題，通常高速電力線接入設備在設計的時候均進行了特殊的考慮，并對產(chǎn)品進行了大量的實驗。解決干擾問題主要依靠選擇合適的調(diào)制技術(shù)。傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)如ASK,PSK或FSK都不適用于這樣的通信環(huán)境，杰智訊高速PLC產(chǎn)品中采用了正交頻分復用（OFDM）技術(shù)。OFDM把數(shù)字信息加載到多個載波上（最多可達84個），多個載波同時使用，每個載波傳遞一路低速信息，在接受端對信息進行組合恢復。例如發(fā)送數(shù)據(jù)時要求的帶寬為B,同時使用N個載波，則每個載波的實際速率是1/N*B。這樣，可以從多個載波中根據(jù)實際環(huán)境，選擇通信質(zhì)量最好的載波進行利用。在存在噪聲的情況下，盡管某個載波可能受到影響，不能正常通信，但是仍有其他的載波可以利用，通信不會中斷。同時使用前向糾錯技術(shù)增強每個載波的可靠性。

　　杰智訊高速電力線通信產(chǎn)品中，采用的MAC協(xié)議是CSMA/CA的一個變種，類似于802.11，采用虛擬載波偵測技術(shù)有效地減少沖突。

　　杰智訊高速電力線通信產(chǎn)品，充分考慮到電力線通信的特點，采用“大包分段，多次傳遞”的方式，有效地避免了大量長包長期占用通道，影響服務質(zhì)量的問題。其中高優(yōu)先級的報文可以被優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，同級別報文小報文優(yōu)于長包文先轉(zhuǎn)發(fā)的機制。這些機制的采用，對于在高速電力線通信環(huán)境下，提供語音、視頻等實時性強的業(yè)務，提供了技術(shù)保證。高速電力線通信設備的安裝與使用 #e#

　　2、高速電力線通信設備的安裝與使用

　　高速電力線設備的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與ADSL十分相像，只不過用戶和局端設備之間的傳輸介質(zhì)是電力線，而不是電話線。設備小巧，使用簡單、靈活、方便。網(wǎng)絡接入商只要將寬帶網(wǎng)絡引到用戶大樓，與電力接入頭端設備的廣域網(wǎng)接口（WAN，RJ45）相連即可，頭端設備可以通過直接注入或耦合注入的方式把數(shù)據(jù)信號注入到220/380V電力線上面去。

　　最終用戶在自己室內(nèi)的任意地點只要將電力調(diào)制解調(diào)器的一端（USB）接入計算機的USB口，另一端接入市電插座，并安裝驅(qū)動程序，就可以在寬帶網(wǎng)上沖浪了。如果使用的是以太網(wǎng)接口的調(diào)制解調(diào)器，連驅(qū)動程序都不需要安裝，只要將計算機網(wǎng)卡與調(diào)制解調(diào)器的RJ45端口相連，就可以直接寬帶上網(wǎng)了。不需要進行任何配置，簡單方便。

　　一般情況下，用戶可以使用室內(nèi)任何市電插座，實現(xiàn)寬帶接入。但是因為每個節(jié)點的環(huán)境差異很大，有些節(jié)點線路老化，開關(guān)觸點氧化，線路中間接頭接觸不良，連接不規(guī)范等等，也可能導致在某些市電插座上，電力線調(diào)制解調(diào)器和電力線局端設備之間無法正常通信，或者通信速率變慢。這種情況下，應注意檢查室內(nèi)空氣開關(guān)、插座的接觸情況，選擇多點進行逐步分析。

　　高速電力線通信產(chǎn)品組網(wǎng)應用中還經(jīng)常碰到跨電表和跨變壓器的問題。所謂跨電表，指的是兩個高速電力線通信產(chǎn)品通信的線路上經(jīng)過了電表。因為電表的種類很多，呈現(xiàn)的濾波特性也差別很大，有些電表對電力線通信幾乎沒有任何影響，有些電表則對電力線通信所用的頻段衰耗很大，通信信號不能很好地跨過電表。為保證信號的傳輸質(zhì)量，建議在條件允許的情況下，電力線局端設備的耦合線采用表前（電表靠近用戶的一側(cè)）直接注入的方式。所謂跨變壓器，指的是兩個高速電力線通信產(chǎn)品通信的線路上經(jīng)過了變壓器。目前成熟的高速電力線通信產(chǎn)品還只適用于低壓電力線，不支持跨變壓器通信。

　　3、采用高速電力線接入的優(yōu)缺點分析

　　采用高速電力線接入通信產(chǎn)品，利用220V/380V低壓電力線路以14Mbps速率為終端用戶提供寬帶網(wǎng)絡接入，實現(xiàn)住宅小區(qū)的寬帶上網(wǎng)工程，或用于組建家庭、辦公寬帶局域網(wǎng)，與其他接入方式相比，有以下明顯的優(yōu)勢：

　?。?）節(jié)約投資。利用既有的室內(nèi)和樓內(nèi)配電線路，任何一個插座都能成為通信節(jié)點。一方面避免了大規(guī)模綜合布線造成的大量投資；另一方面避免了開通率不高或信息點布設不合理造成的投資沉淀浪費；同時，只在用戶需要接入的時候部署局端和接入設備，投資目的性強、滾動性好。無疑，這一點對于運營商的吸引力是非常巨大的。

　　（2）工程實施簡單。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施，無需任何室內(nèi)布線，無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公用設施的破壞，大大加快了工程實施的進度。

　　（3）使用更加方便。實現(xiàn)高速PLC接入的終端用戶可在家庭任何一個電源插座上寬帶訪問互聯(lián)網(wǎng)，與通常只有一個接口的以太網(wǎng)或ADSL相比，更加方便。14M帶寬足夠承載語音、數(shù)據(jù)、圖象等綜合業(yè)務。

　?。?）同時支持多種應用。可以為用戶提供價格低廉的高速因特網(wǎng)訪問服務、寬帶電話服務，從而使用戶上網(wǎng)和打電話增加了新的選擇，有利于同其它電信服務商的競爭。

　?。?）支持家庭聯(lián)網(wǎng)。具有多個PLC終端設備的家庭，可以實現(xiàn)家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，使人們可以盡享由PLC技術(shù)帶來的家庭音、視頻網(wǎng)絡，多人對抗游戲等娛樂，提高了該設備對最終用戶的使用價值。

　?。?）提供新業(yè)務的平臺。利用PLC的永久在線連接構(gòu)建的防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng)，讓上班族高枕無憂；構(gòu)建的醫(yī)療急救系統(tǒng)，讓家有老人、孩子和病人的家庭倍感方便。為電信新業(yè)務的開展，提供了一個全新的思路和技術(shù)平臺。

　?。?）實現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、視頻、電力“四網(wǎng)合一”，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟和社會效益。

　　雖然有以上諸多優(yōu)點，但畢竟電力線路不是一個專用的通信線路，在電力線路上實現(xiàn)寬帶通信并以此為依托進行運營，還有很多問題需要注意。

　?。?）通信距離問題。有保證的通信距離直線傳輸約250M，水平電網(wǎng)覆蓋約1500m2。過分地追求通信距離的延長，在一定程度內(nèi)雖然能夠通信，但速率和可靠性會有相應的下降。

　?。?）通信可靠性的保障問題。電力線不同于普通的數(shù)據(jù)通信線路，當作為一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇闀r，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，如吸塵器、開關(guān)電源、電冰箱、洗衣機等，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(guān)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(tǒng)采用的調(diào)制技術(shù)主要是OFDM（正交頻分復用）、DMT（多載波調(diào)制）、擴頻及常規(guī)的QPSK，F(xiàn)SK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率的有效方法。在應用上，控制有效通信距離，隔離干擾源等方法也是有效的手段。

　?。?）可運營性和可管理性問題。目前對在電力線上實現(xiàn)寬帶通信進行研究的單位大多是電力系統(tǒng)的一些研究院所，由于不具備電信網(wǎng)絡的運營管理經(jīng)驗，在開發(fā)產(chǎn)品上對于網(wǎng)絡的可運營性和可管理性的考慮相對較少。這方面的商業(yè)運營模式也在摸索階段，北京杰智訊通訊設備有限公司推出了一套“基于電力線通信的綜合業(yè)務系統(tǒng)”，在網(wǎng)絡可運營性和可管理性方面有較完整的考慮。

　　4、主要技術(shù)指標

　　工作電壓：220V±10%，50Hz；110V±10%，60Hz；

　　信號注入：單相電源注入、三相電源注入；直接注入、耦合注入等方式；

　　接口標準：USB接口； RJ45接口；

　　傳輸范圍：水平電網(wǎng)覆蓋約1500㎡，垂直傳輸約100m，直線傳輸約250M（視電網(wǎng)環(huán)境，可有變化）

　　通信速率：10Mbps max; 加載噪聲15dB時，大于5Mbps；

　　網(wǎng)絡速度：每個局端下，不小于15個終端數(shù)分別保證512Kbps以上；

　　網(wǎng)絡覆蓋：每個局端下，電源插座的信息覆蓋率不小于80%；

　　調(diào)制方式：OFDM（正交頻分多路復用）；

　　頻率范圍：4.3MHz~20.9MHz；

　　環(huán)境溫度：終端，0~50℃；局端，-10~55℃。電力線通信運營網(wǎng)絡的建設 #e#

三、電力線通信運營網(wǎng)絡的建設

　　1、電力線通信設備的布設

　　杰智訊PLCISS（基于電力線通信的綜合業(yè)務系統(tǒng)）在設計上遵循下一代網(wǎng)絡（NGN）的分層、全開放的體系架構(gòu)，是一個開放的、完整的、標準化的Softswitch體系架構(gòu)。

　　杰智訊PLCISS分為四層：媒體/接入層、IP核心傳送層、控制層、業(yè)務/應用層。

　　電力寬帶接入子系統(tǒng)來替代部分駐地網(wǎng)，收斂基于IP的數(shù)據(jù)、語音、圖象等業(yè)務，解決運營商面對的駐地網(wǎng)建設困難和投資回報不可控等問題。（有關(guān)投資回報分析在后面相關(guān)章節(jié)討論）

　　收斂上來的Internet訪問業(yè)務可以直接連接到互聯(lián)網(wǎng)上去，語音、圖象及一些增值業(yè)務務可利用軟交換子系統(tǒng)進行處理，并進行相關(guān)的認證和計費。

　　根據(jù)以上的技術(shù)分析，電力線寬帶接入子系統(tǒng)定位在解決“最后幾百米”接入問題，替代用戶駐地網(wǎng)實現(xiàn)寬帶業(yè)務收斂是可行的。在這個范圍內(nèi)的使用，對通信帶寬和質(zhì)量也是有保障的。

　　以住宅小區(qū)為例，在樓宇內(nèi)通過多個電力線頭端設備對整個樓宇進行覆蓋。頭端設備體積小、耗電少，可以放置在配電箱或管線井內(nèi)或掛在墻面上，通常高層塔樓每2至3層布設一個頭端設備，普通低層住宅樓每單元門布設一個頭端設備。這種模式下，無論從覆蓋面積、通信距離還是帶寬保障上都是可靠和經(jīng)濟的。用戶端可采用RJ-45或USB接口的電力調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)Internet訪問、IP電話、可視電話等業(yè)務。用戶業(yè)務通過電力網(wǎng)絡匯集到小區(qū)機房，通過光纜或微波接入等方式接入到IP骨干網(wǎng)絡節(jié)點，運營商的業(yè)務支撐平臺再分別對不同業(yè)務進行處理。

　　2、計費和認證

　　對于電力線寬帶接入設備本身，我們可以把它看作一個電力Hub，原有在寬帶網(wǎng)絡上的認證和計費方式我們都可以使用。目前看，作為寬帶網(wǎng)絡的計費方式，Internet業(yè)務包月計費是比較通用的方式，與其他接入方式比較，不超過100元/月的收費在目前市場環(huán)境下是有相當競爭力的。如果采用PPPoE、IE彈出或基于流量的認證和計費方式，則需要后臺認證計費服務器的支持，這與傳統(tǒng)的寬帶業(yè)務的認證和計費方式是完全一致的。對于語音、圖象和其他增值業(yè)務的計費，可采用軟交換系統(tǒng)提供的認證和計費平臺來實現(xiàn)。

　　每臺用戶端的調(diào)制解調(diào)設備均有密碼設置，只有與頭端設備密碼一致才能實現(xiàn)正常通信。密碼可根據(jù)不同的運營商和使用地點進行設置和修改，這就有效地避免了盜用問題的產(chǎn)生。

四、電力線通信運營網(wǎng)絡的經(jīng)營模式

　　采用電力線通信技術(shù)實現(xiàn)寬帶上網(wǎng)以及提供增值服務，在北美和歐洲部分國家均取得成功，今年以來用戶量正以每月數(shù)萬增長，這一技術(shù)的應用增長在全球范圍來看非常顯著。隨著應用技術(shù)的成熟和市場發(fā)展，在國內(nèi)取得廣泛應用應該是大勢所趨。

　　目前看來，其可行的運營模式有以下幾種：

　　 1、電力部門自己運營寬帶業(yè)務

　　目前中電飛華的運營網(wǎng)絡顯然就是屬于這種模式。中電飛華希望借助自己在電力系統(tǒng)的優(yōu)勢，通過電力線接入的模式發(fā)展用戶，從而介入通信運營。目前，中電飛華已經(jīng)通過這種模式在北京發(fā)展了數(shù)千用戶，并摸索出了較好的經(jīng)營模式。

　　2、電信運營商借助電力線進行運營

　　很多電信運營商對通過電力線收斂用戶抱有希望，但又擔心電力部門的政策干預，這主要涉及電力線的歸屬權(quán)以及在電力線上開展增值業(yè)務的經(jīng)營權(quán)的問題。就我們的了解，電力線的用戶線部分（用戶電表之后）其歸屬權(quán)屬于物業(yè)管理公司或業(yè)主，而運營商開展的電力線寬帶業(yè)務，其最佳信號耦合點是在用戶電表之后。就是說，開展這項業(yè)務主要需要協(xié)調(diào)的是小區(qū)業(yè)主或者大廈的物業(yè)，而不是供電部門。而且局端設備的安置、取電，垂直電纜的布放等，都只是需要與物業(yè)部門協(xié)調(diào)的問題。只要運營商能夠協(xié)調(diào)好與物業(yè)和用戶之間的關(guān)系，就有可能通過電力線實現(xiàn)寬帶運營。

　　3、有第三方介入的虛擬運營

　　隨著電信運營體制的改革發(fā)展，越來越多的企業(yè)希望通過各種方式投資到電信運營里。電力線寬帶接入技術(shù)模式推出后，已經(jīng)有不少企業(yè)表示，愿意通過這種方式投資建設駐地網(wǎng)，再與有合法牌照的基礎(chǔ)電信合作以獲得較高的業(yè)務分成實現(xiàn)贏利。這一部分企業(yè)包括房地產(chǎn)商、物業(yè)管理公司、專業(yè)投資公司甚至一些裝修公司、綜合布線工程公司等。

　　在這種第三方投資的介入下，一方面在一定程度上緩解了運營商駐地網(wǎng)投資的資金壓力，推動了寬帶網(wǎng)絡的發(fā)展，受到運營商的歡迎；另一方面運營商也在擔心駐地網(wǎng)絡由第三方投資，會帶來用戶忠誠度降低等問題。

五、電力線通信運營網(wǎng)絡的投資回報分析

　　對于住宅小區(qū)用戶，參考現(xiàn)在市場價格，采用100元包月，800包年的收費方式是有足夠競爭力的，配合采用預付半年或全年使用費贈送終端設備的方式，當年即可以收回電力線通信設備部分的投資，而具有競爭優(yōu)勢的價位以及足夠的帶寬，一定能夠吸引用戶。

　　對于寫字樓、酒店等用戶，可以加裝寬帶接入服務器來對用戶進行認證，同時計費方式更加靈活。比如酒店的寬帶業(yè)務，可以讓客人租用電力貓上網(wǎng)，按租用時長進行使用費的結(jié)算，不僅結(jié)算方式非常清晰可控，而且避免終端設備在客房的空置，提高設備利用率。

　　除了基本的寬帶上網(wǎng)業(yè)務，基于電力線寬帶接入穩(wěn)定可靠的高帶寬，可以開展語音業(yè)務、視頻業(yè)務等增值業(yè)務，提供新的業(yè)務增長點。

　　無論從目前的商業(yè)模式預算，還是從歐洲及在國內(nèi)中電飛華的運營經(jīng)驗上看，采用電力線寬帶接入方式，在一定程度上可以有效解決駐地網(wǎng)收斂用戶的問題，為電信運營商參與競爭提供了又一有力的手段，并能夠取得良好的投資回報模式。