电力线通讯系统技术

電力線通訊是指利用電力線傳輸高速率之資料、語音與視訊多媒體服務的一種通訊方式。电力线通讯是指利用电力线传输高速率之资料、语音与视讯多媒体服务的一种通讯方式。 該技術是將載有資訊的高頻信號加載到電力線上，利用電力線進行資料傳輸，通過專用的電力線調變/解調變(Modem)將高頻信號從電力線上分離出來，再傳送到終端設備電力線調變/解調變，將訊號從電力線上取得下來。该技术是将载有资讯的高频信号加载到电力线上，利用电力线进行资料传输，通过专用的电力线调变/解调变(Modem)将高频信号从电力线上分离出来，再传送到终端设备电力线调变/解调变，将讯号从电力线上取得下来。 目前，該技術主要被應用於水錶、瓦斯錶、電錶等的低速率自動抄表系統，同時該技術的高速率傳輸也是未來寬頻網路接取很有競爭力的一種接入技術。目前，该技术主要被应用于水表、瓦斯表、电表等的低速率自动抄表系统，同时该技术的高速率传输也是未来宽频网路接取很有竞争力的一种接入技术。

一般典型的電力線通訊網路系統(圖2)，主要可分為Access BPL(or Access PLC)與In-House BPL(or In-House PLC)兩大部分。一般典型的电力线通讯网路系统(图2)，主要可分为Access BPL(or Access PLC)与In-House BPL(or In-House PLC)两大部分。 電力線通訊技術的分類，從通訊頻率寬度佔用之角度而言；可區分為窄頻電力線通訊(Narrowband PLC)及寬頻電力線通訊(Broadband PLC)。电力线通讯技术的分类，从通讯频率宽度占用之角度而言；可区分为窄频电力线通讯(Narrowband PLC)及宽频电力线通讯(Broadband PLC)。 窄頻電力線通訊的載波頻率範圍在不同國家、不同地區是不盡相同的，美國為50KHz至450KHz，歐洲為9KHz至140KHz。窄频电力线通讯的载波频率范围在不同国家、不同地区是不尽相同的，美国为50KHz至450KHz，欧洲为9KHz至140KHz。 寬頻電力線通訊的載波頻率範圍，在美國頻率範圍為4MHz至21MHz(HomePlug 1.0)及2MHz至30MHz (HomePlug AV)，主要用於家庭通訊網路與家庭視音訊娛樂應用，另外，美國FCC目前尚在評估頻率範圍擴充為2MHz至80MHz頻段之可行性；歐洲頻率範圍為1.6MHz至10MHz(戶外Access端)和10MHz至30MHz(戶內In-house端)，這是歐洲電信標準ETSI所制定。宽频电力线通讯的载波频率范围，在美国频率范围为4MHz至21MHz(HomePlug 1.0)及2MHz至30MHz (HomePlug AV)，主要用于家庭通讯网路与家庭视音讯娱乐应用，另外，美国FCC目前尚在评估频率范围扩充为2MHz至80MHz频段之可行性；欧洲频率范围为1.6MHz至10MHz(户外Access端)和10MHz至30MHz(户内In-house端)，这是欧洲电信标准ETSI所制定。 另一方面，從通訊的傳輸速率角度而言；可區分為低速電力線通訊及高速電力線通訊，一般以1Mbps傳輸速率為分界點；傳輸速率小於1Mbps時稱為低速電力線通訊或窄頻電力線通訊，而大於1Mbps時稱為高速電力線通訊或寬頻電力線通訊，目前電力線通訊最高速度可達約200Mbps左右的資料傳輸速率。另一方面，从通讯的传输速率角度而言；可区分为低速电力线通讯及高速电力线通讯，一般以1Mbps传输速率为分界点；传输速率小于1Mbps时称为低速电力线通讯或窄频电力线通讯，而大于1Mbps时称为高速电力线通讯或宽频电力线通讯，目前电力线通讯最高速度可达约200Mbps左右的资料传输速率。 寬頻電力線通訊的工作原理是利用4MHz至21MHz或2MHz至30MHz頻帶範圍傳輸信號，在傳送端利用正交分頻多工(OFDM)技術將用戶資料加以編碼與調變，然後在電力線上進行資料傳輸，在接收端首先經過電力線耦合器及高頻濾波將調變信號濾出，並經解碼與解調變之後，就可得到原來通訊信號。宽频电力线通讯的工作原理是利用4MHz至21MHz或2MHz至30MHz频带范围传输信号，在传送端利用正交分频多工(OFDM)技术将用户资料加以编码与调变，然后在电力线上进行资料传输，在接收端首先经过电力线耦合器及高频滤波将调变信号滤出，并经解码与解调变之后，就可得到原来通讯信号。 電力線通訊系統設備可分為主要局端設備(PLC Master Modem)和用戶次要調變/解調變器設備(PLC Slave Modem)，主要局端設備負責內部電力線通訊調變/解調變器的通訊與外部網路的連接，在通訊時，來自用戶的資料進入次要調變解調變器後，通過用戶的低壓配電網路傳送到主要局端設備，主要局端設備將信號解調出來，就會將資料送到外部的骨幹網路(Backbone Network)，其電力線通訊系統架構與電力線通訊網路層架構，就如圖3與圖4所示。电力线通讯系统设备可分为主要局端设备(PLC Master Modem)和用户次要调变/解调变器设备(PLC Slave Modem)，主要局端设备负责内部电力线通讯调变/解调变器的通讯与外部网路的连接，在通讯时，来自用户的资料进入次要调变解调变器后，通过用户的低压配电网路传送到主要局端设备，主要局端设备将信号解调出来，就会将资料送到外部的骨干网路(Backbone Network)，其电力线通讯系统架构与电力线通讯网路层架构，就如图3与图4所示。

HomePlug1.0實體層(PHY)技術 HomePlug1.0实体层(PHY)技术

HomePlug是電力線聯盟HPA(HomePlug Powerline Alliance)於2000年4月，由Intellon、Comcast、SHARP、SONY等10家公司成立，目標為制定電力線家庭網路技術標準的一種規範，HomePlug電力線聯盟目前約有百家廠商成員。 HomePlug是电力线联盟HPA(HomePlug Powerline Alliance)于2000年4月，由Intellon、Comcast、SHARP、SONY等10家公司成立，目标为制定电力线家庭网路技术标准的一种规范，HomePlug电力线联盟目前约有百家厂商成员。 電力線聯盟HPA規劃制定的技術標準規範有HomePlug1.0、HomePlug AV、HomePlug BPL等，其中HomePlug網路參考模型如圖5所示。电力线联盟HPA规划制定的技术标准规范有HomePlug1.0、HomePlug AV、HomePlug BPL等，其中HomePlug网路参考模型如图5所示。 HomePlug1.0的技術標準規範於2001年6月完成，目前市面上已有相關產品。 HomePlug1.0的技术标准规范于2001年6月完成，目前市面上已有相关产品。 HomePlug AV技術標準規範制定中，預計2005年完成，HomePlug BPL目前規劃制定中。 HomePlug AV技术标准规范制定中，预计2005年完成，HomePlug BPL目前规划制定中。 HomePlug AV技術標準規範的目標為提供高畫質數位電視傳輸最佳的解決方案，將來也是用於支援整個家庭內部的資料傳輸，以及視音訊多媒體娛樂內容傳送等各方面消費性家電產品之應用。 HomePlug AV技术标准规范的目标为提供高画质数位电视传输最佳的解决方案，将来也是用于支援整个家庭内部的资料传输，以及视音讯多媒体娱乐内容传送等各方面消费性家电产品之应用。 HomePlug AV技術規範將與HomePlug1.0技術規範具有相容性，並將各種家電產品及網路通訊相連，在家庭科技資訊生活中，享受悠閒與家庭娛樂。 HomePlug AV技术规范将与HomePlug1.0技术规范具有相容性，并将各种家电产品及网路通讯相连，在家庭科技资讯生活中，享受悠闲与家庭娱乐。

低壓電力線是世界上分布最廣泛的網路，但是，由於線路上不可預測雜訊干擾非常多，在交流的電力線上進行高速通訊非常困難。低压电力线是世界上分布最广泛的网路，但是，由于线路上不可预测杂讯干扰非常多，在交流的电力线上进行高速通讯非常困难。 現在一些公司致力於發展在雜訊干擾下傳送信號的技術，並且利用傳輸技術試圖消除雜訊干擾，目前低壓電力線通訊在傳輸技術上已經選用正交分頻多工(OFDM)技術，電力線通訊系統必須包含一個具有耐抗性強的實體層(PHY)和一個有效率的介質存取控制(MAC)通訊協定。现在一些公司致力于发展在杂讯干扰下传送信号的技术，并且利用传输技术试图消除杂讯干扰，目前低压电力线通讯在传输技术上已经选用正交分频多工(OFDM)技术，电力线通讯系统必须包含一个具有耐抗性强的实体层(PHY)和一个有效率的介质存取控制(MAC)通讯协定。 實體層(PHY)則規範調變與通道編碼的技術格式，而介質存取控制(MAC)負責控制介質與用戶間的通訊協定。实体层(PHY)则规范调变与通道编码的技术格式，而介质存取控制(MAC)负责控制介质与用户间的通讯协定。 HomePlug 1.0實體層的頻寬佔用了從約4.5MHz至21MHz的頻帶，HomePlug1.0頻譜信號限制與載波頻率分佈如圖6及表1所示，其中HomePlug1.0 OFDM系統載波數共有84個，其中有8個載波數位於業餘無線電廣播頻段，為避免產生干擾不予使用，所以正確有效資料傳輸載波數為76個，HomePlug1.0載波與業餘無線電廣播頻率的分佈如圖7所示。 HomePlug 1.0实体层的频宽占用了从约4.5MHz至21MHz的频带，HomePlug1.0频谱信号限制与载波频率分布如图6及表1所示，其中HomePlug1.0 OFDM系统载波数共有84个，其中有8个载波数位于业余无线电广播频段，为避免产生干扰不予使用，所以正确有效资料传输载波数为76个，HomePlug1.0载波与业余无线电广播频率的分布如图7所示。 實體層在業餘無線電廣播頻段降低了發射器的功率頻譜密度，以便將從電力線輻射到這些系統中的干擾能量降低到最小。实体层在业余无线电广播频段降低了发射器的功率频谱密度，以便将从电力线辐射到这些系统中的干扰能量降低到最小。

HomePlug1.0正交分頻多工技術採用DQPSK調變，如果使用所有載波時，總傳輸速率約為20Mbps，但從實體層傳遞到MAC層的傳輸速率大約為14Mbps，實際從MAC層的傳輸速率為6Mbps至8Mbps左右，HomePlug1.0的調變模式與傳輸速率如圖8所示。 HomePlug1.0正交分频多工技术采用DQPSK调变，如果使用所有载波时，总传输速率约为20Mbps，但从实体层传递到MAC层的传输速率大约为14Mbps，实际从MAC层的传输速率为6Mbps至8Mbps左右，HomePlug1.0的调变模式与传输速率如图8所示。 HomePlug1.0的實體層使用正交分頻多工(OFDM)作為基本的傳輸技術，其OFDM符碼週期與符碼週期參數如圖9、表2所示。 HomePlug1.0的实体层使用正交分频多工(OFDM)作为基本的传输技术，其OFDM符码周期与符码周期参数如图9、表2所示。 OFDM是目前電力線通訊所使用的技術標準，其概念是將高速資料流分解成多路載波平行位元流進行傳輸，每條載波上均可傳送一道調變過的低速資料流。 OFDM是目前电力线通讯所使用的技术标准，其概念是将高速资料流分解成多路载波平行位元流进行传输，每条载波上均可传送一道调变过的低速资料流。 HomePlug1.0的實體層傳送端架構如圖10所示，從圖中可看出控制資訊與資料是分別由兩組不同的FEC(Forward Error Correction)進行編碼處理，HomePlug1.0的實體層傳送端主要分為三個部分：Frame Control FEC、Data FEC與OFDM Modulator。 HomePlug1.0的实体层传送端架构如图10所示，从图中可看出控制资讯与资料是分别由两组不同的FEC(Forward Error Correction)进行编码处理，HomePlug1.0的实体层传送端主要分为三个部分：Frame Control FEC、Data FEC与OFDM Modulator。

正交分頻多工技術 正交分频多工技术

正交分頻多工技術(OFDM)是電力線聯盟HPA(HomePlug Powerline Alliance)技術規範的標準基礎，所謂OFDM技術就是Orthogonal Frequency Division Multiplexing的英文縮寫，為克服電力線上固有的雜訊、多重路徑效應和頻率衰落等現象，目前普遍採用正交分頻多工技術有效利用於現有低壓電力線來實現高速數位通訊，該技術利用離散傅利葉逆轉換(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)和離散傅利葉轉換(Discrete Fourier Trans-form，DFT)技術來實現正交分頻多工系統之傳送與接收，它採用保護區間(Guard Space)和循環前置(Cyclic Prefix，CP)技術來對抗多重路徑干擾，因而有效降低了符碼間干擾(Intersymbol Interference，ISI)