走入家庭的第三条宽带线——电力线

　　一、引言
　　
　　目前，作为走入家庭的第三条宽带线，即宽带电力线(BPL)通信正在悄然兴起。BPL是指通过低压电力线向住宅用户和企业用户提供数据和话音业务，而不是指以前的电力线载波通信。这是由于现今在许多国家，尤其在发达国家，广域高速光纤骨干网已经四通八达，容量也非常充裕，故对电力线而言，不必再考虑如何利用其长途输电部分，只需考虑其配电部分，尤其是低压线路即可。
　　
　　二、第三宽带线
　　由于高速上网现在变得越来越重要，尤其对许多家庭和办公室来说，如何利用已经入户的线路来提供互联网高速接入已经成为非常切合实际和日益迫切的需求。我们知道，在世界各地，能够入户的线路，除了电话线和有线电视电缆以外，就数电力线了。而电力线是其中普及最广的线路，遍布家家户户，甚至一个楼里的每间房间都有电源插座，电力线网基本上是一个现存的局域网。整个低压配电网的结构(包括户外电缆)非常适合互联网接入，可以提供最后1公里的解决方案，与其它网络进行竞争。况且，在一些不发达国家，许多住家目前还没有电话线和有线电视电缆，电力线成了惟一可选的通信媒体。因此，作为又一种宽带接入手段，宽带电力线(BPL)近几年引起了人们极大的关注。欧、美一些国家正在进行较大规模的现场试验，BPL正在成为走入家庭的第三条宽带线。
　　
　　另外，对于家庭联网而言，连接信息家电的基础设施必须易于安置，且安装和维护费用低廉，性能良好。户主往往不是网络专家，典型的高性能网络对日常生活而言显然过于复杂。目前，已有多种联网技术可用于家庭联网，例如以太网，可以在住家内敷设UTP-5类线进行联网。此外，还有各种无线网也可用于家庭联网，如802.11x，蓝牙和HomeRF等，只要在住家内安装多个互联的无线接入点(WAP)和基站即可。但是，它们的安装麻烦，需要花钱请外部人员来建网。虽然用电话线也可建网，如HomePNA等，但因受电话线插口的限制而失去移动性。因此，直接使用住家内电力线与插座作为数据通信媒介将使BPL发挥用武之地。
　　
　　三、美国处于领先地位
　　BPL技术最先是由瑞士Ascom公司提出的，利用类似Cable Modem方式在电力线上提供宽带数据业务。电力公司可建立一些由多个用户共享的宽带连接节点。所不同的是，BPL技术使用的是直接与插座相连的现有电力线，不需要电话线，只要用一个BPL适配器插入插座即可。
　　
　　迄今，全世界已有若干种BPL系统在进行现场试验。在欧洲，例如在德国、西班牙、法国、奥地利和瑞士等都已开始大规模现场铺设。在亚洲，试验刚刚开始。2002年8月，香港PowerCom Network公司(是Cheung Kong Enterprises与中国CLP TeleCom的合资公司)成立，与Hutchison Global Crossing合作开发专有的BPL服务。在新加坡，一家地区ISP公司Pacific Internet与SP Telecom合作，于2002年10月底完成了BPL演示，但何时商用尚未定。目前，走在较前面的是美国。
　　
　　只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥出来，故美国现正向实现更高的普遍服务目标努力，以加速普及宽带接入。为此，美国FCC一直在鼓励启用新的基于设施的宽带平台，以促进美国的宽带业务。美国FCC主席Michael Powell于2003年6月在视察了马里兰郊区的一个演示BPL技术的住家之后明确表示，FCC对BPL技术将采取鼓励的政策。视察时，Powel通过现有的电力线和标准电源插座传送了电子邮件，Web网页以及话音和其它数据。在起居室，Powell一边听着互联网的无线电广播，一边在电视机上看着从几英里外一台计算机传来的电影“Ice Age”。在书房，Powell一边在一部互联网电话机上收听话音邮件，一边看着由门口监视摄像机拍摄之图片的打印输出。Powell对BPL表示出极大兴趣，认为“BPL确实具备向美国大多数农村提供宽带接入的莫大潜力”。
　　
　　为了推动电力线宽带业务的发展，FCC对某些技术规则提出了修改，并于2004年2月发出《通告》，征求意见。所作的修改主要是为了确保宽带电力线系统在运行时不会对公共安全部门和业余无线电使用者等现有用户造成有害的干扰。《通告》要求BPL设备采用自适应干扰降低技术。这些技术可使BPL设备完全停止工作，动态地降低传送功率和(或)避免工作在特定频率上，以防止产生有害干扰。同时，建议开发一个包含诸如BPL设备位置、工作频率、调制类型等信息的公共数据库，以便及时协调解决干扰问题，并提出了射频测试导则、射频干扰测试方法和详细的干扰降低要求。
　　
　　目前，美国不少电力公司在全国各地开展BPL试验，有的已经商用，见图1。图中，蓝色圆点表示试验，棕色圆点表示商用。这些公司多数想与ISP，电话公司和其它公共事业部门合作，借鉴电信公司过去的经验，提出新的商业模式。例如，把它们的基础设施以批发模式租给合作方，自己也直接提供宽带业务。IDACOMM(能源公司IDACORP的一家经营光纤网的子公司)就向ISP和长途电话公司开放宽带市场。自2003年9月以来，它一直在进行试验，试验速率为1Mbit/s到4.5Mbit/s。该公司拟在博伊西开展大规模的现场试验(覆盖2500个住家，速率为4.5Mbit/s)。
　　

　　2004年3月，位于辛辛那提的美国电力公司Cinergy Corp与BPL设备制造商Current Communications成立合资企业，投入7000万美元在大辛辛那提区提供宽带电力线业务，并准备在今后3年内向肯塔基、俄亥俄和印第安那州扩展。它们欲将宽带技术卖给各地市政府拥有的电力公司和农村电力合作社，把目标瞄准覆盖大约2400万住家的公共事业部门。Cinergy先在两个街区开放了业务，向用户免费提供新的插入式Modem(批发价约30美元)。服务价格低于DSL或Cable.Modem，但速度更高。公司准备在年底向6万住家提供业务，价格在每月30至40美元之间，视连接速度而定。
　　
　　美国另一家从事多种经营的能源公司，Progress Energy与Earthlink联手通过现有电力线向北卡州若干小区的500多个家庭提供宽带互联网业务。与其它在全国范围内试验BPL的公司不同，Progress Energy则是利用所谓的接入BPL(Access BPL)技术。该技术是在中压电力线上传送宽带信号，由装在电线杆上的WLAN把宽带信号直接广播到住家或企业。此无线方案由Amperion公司开发，利用光纤与电力线的组合把信号传送到每一小区的中继点。Progress Energy认为，无线方案比要把Modem插入电源插口的传统电力线方案更安全，更经济，对用户也更方便。传统的室内BPL方案虽然能把宽带信号一直引至电源插口，但这会造成对家里其它电器的干扰。
　　
　　Progress Energy方案中的一个无线设备通常可传输约800英尺，覆盖三个住家，传送速率上行为1.3Mbit/s，下行为2.5Mbit/s。无论在室内和室外，只要在无线信号覆盖范围内都可进行通信。无线通信基本不受云、温度变化或降雨的影响。闪电雷击可能导致无线设备遭到破坏，但可很快替换，恢复通信。这种无线系统的弱点是偏远地区的密集丛林或山地可能阻挡发射天线，使信号变坏或被阻断。
　　
　　Progress Energy的宽带服务费用为前三个月每月为$19.95，以后每月为$39.95。无线设备是免费提供，用户可通过无线设备从家里和周围地区接入网络。由于用户反应良好，公司决定2004年年底正式投入商用。目前已有一些原来使用DSL和Cable Modem的用户改用了该公司的宽带电力线。
　　
　　四、存在的问题与争议
　　用电力线作为网络基础设施相对于其它技术具有不需另外布线、可同时支持宽带接入和家庭联网及成本低的优点。但是，任何电力电缆都是为50Hz或60Hz低损耗输电而设计的。当把它们用于BPL时，意味着必须传送9kHz到30MHz频率之间的信号。在这些频率，电力电缆可能有泄漏，也就是说，部分高频信号功率将以电磁波的形式辐射出去。故电力电缆相当于低效率的线性天线，电力线信道好像一个开放的无线信道，要蒙受噪声、衰落、多径和干扰，同时也会干扰他人。当BPL系统得到广泛使用时，除了将引起使用相同频率的相邻BPL系统之间的干扰(小区间干扰)和保密问题之外，还会对其它无线电通信造成干扰。因此，BPL系统除应克服自身的信道缺陷等设计问题外，EMC是它能否推广应用的至关紧要的一个问题。
　　
　　无论何时，只要BPL信号频率与正常无线电通信的频率重叠，干扰就将发生。干扰的大小跟发送功率、距离以及布线的具体情况十分相关。譬如，离电力电缆很近的收音机很可能受到干扰，但离开几米远就可能感觉不到干扰，因为受BPL系统辐射影响较大的主要是短波无线电通信，包括业余无线电和军用无线电。
　　
　　目前，对BPL的争议主要围绕两个问题。一个是上述干扰问题，有人担心BPL的推广使用会对其它无线电通信造成干扰，但这一问题从管制和技术两方面采取措施是可以得到解决的。另一个问题来自管制方面，有些管制部门和电信主管人员看好电力线通信，认为这是通往住家的第三条宽带线，要避免对BPL管制太严，特别在其早期发展阶段，否则将疏远投资者。但有些主管人员认为，宽带电力线系统带来了一些管制难题。例如，如果管制放松，那么如何处理竞争以及电力与通信部门之间的交叉补贴问题。
　　
　　五、前景与市场
　　虽然宽带电力线技术已经得到改善，成本也在降低，市场开始起步，有些管制部门(如美国FCC)对BPL采取了更为积极的鼓励措施，但人们对BPL的前景仍有不同的看法。例如，美国AT&T把电力线看作另一种接入技术，认为这对于其突破宽带接入瓶颈十分重要，现正与一家电力公司合作进行试验，演示了利用电力线提供VoIP业务的情况。而MCI则采取了较为谨慎的做法，一方面在积极开发这一技术，另一方面在研究它的潜力和经济性，至今未进行现场试验。MCI认为，谋求第三条线并不单单依靠能源公司，除了BPL外，还会考虑其它下一代宽带接入技术，包括无线接入。一些吃过泡沫经济亏的大型电力公司现在对BPL也比较谨慎。

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