国际信息工程先进技术译丛 电力线通信技术与实践.pdf

国际信息工程先进技术译丛电力线通信技术与实践（法）Xavier Carcelle 著刘 斌 崔晓曼 方 箭 刘 颖 李长春 译赵 媛 郑 娜 校机 械 工 业 出 版 社本书首先深入浅出地介绍了电力线通信技术的基本原理，包括电力线通信技术的结构、功能、安全性、帧结构等内容。然后图文并茂地从电力线应用实践的角度进行了全方位的阐述，包括电力线通信技术的设备情况、安装步骤、配置方法等内容。随后循循善诱地剖析了家庭环境、商业环境、社区环境下的电力线通信系统的拓扑结构、接入方法、应用方式以及有关注意事项和成本简析等方面的问题。最后介绍了混合 PLC 技术等内容。本书特别适合电力线通信系统的研究开发、实验分析以及布设施工人员阅读参考，也适合无线电通信管理与标准政策制定人员在进行有关电力线通信技术规范化、标准化时进行参考，同时也可以作为相关院校师生的参考读物。Rseau CPL par la pratique by Xavier Carcelle 2006 Groupe Eyrolles，Paris，France.All rights reserved.本书中文简体字版由 Groupe Eyrolles 授权机械工业出版社独家翻译出版，并限定在中国大陆地区销售，未经出版者书面许可，不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。本书版权登记号：图字 01-2009-7837图书在版编目（CIP）数据电力线通信技术与实践/（法）卡塞勒著；刘斌等译.北京：机械工业出版社，2011.3（国际信息工程先进技术译丛）ISBN 978-7-111-33601-3.电.卡刘.电力线载波通信系统 .TM73中国版本图书馆 CIP 数据核字（2011）第 033569 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：朱 林 责任编辑：朱 林 版式设计：霍永明责任校对：樊钟英 封面设计：马精明 责任印制：北京中兴印刷有限公司印刷2011 年 6 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm19 印张381 千字0 0013000册标准书号：ISBN 978-7-111-33601-3定价：88.00元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务社 服 务 中 心：（010）88361066销 售 一 部：（010）68326294销 售 二 部：（010）88379649读者购书热线：（010）88379203网络服务 门户网：http：/ 教材网：http：/ 封面无防伪标均为盗版杨 曦序言电力线通信（Power Line Communication）技术距离我们并不久远，早在 20 世纪 50 年代就有在 10kV 线路上使用窄带载波技术的先例。20 世纪 80 年代末期，我国也曾使用小型化的集成电路农电载波机实现点对点的通信。随着通信技术的不断发展，高速宽带电力线通信技术的研究与应用正在悄然兴起。一时间，电力线通信技术出现了多个不同的名字，例如 BPL（Broadband over Power Line）、PLT（PowerLine Telecommunication）技术等。进入 21 世纪，人们再一次将目光集中到电力线通信技术，不断提升电力线通信技术的物理层传输速率，加强抗干扰性能的研究工作等。近几年来，人们在研究电力线通信技术的同时，也发现了电力线通信系统可能辐射出不同频段的电磁波，因此国际电信联盟无线电通信部门研究了 80MHz 以下的高速宽带电力线通信的辐射对其他无线电通信系统可能产生的影响，并正在着手研究可能工作在 VHF 频段的电力线通信系统的辐射影响情况。更好地从包括监管角度在内的多个方面研究电力线通信技术需要更多地了解电力线通信系统的实际应用情况。不过，目前国内关于这方面的书籍相对较少，特别是关于电力线在不同场景的拓扑结构、接入方式、设备配置等方面的书籍和公开文献也不太容易找到。相信本书的出版对我国有关领域的技术人员和相关院校师生进一步多角度研究电力线通信技术、对有关标准化研究人员科学合理地研究和制定相应的技术和管理标准等将起到十分积极的作用。薛永刚2011 年仲春于北京译者序近年来电力线通信（Power Line Communications，PLC）技术发展迅速，特别是新一代高速电力线通信技术的异军突起，使得家庭高速数据传输等需求通过电力线得以实现。由于电力线通信技术不仅涉及通信技术本身，还受到电力网络系统的组成和系统特点等方面因素的限制和影响，因此在研究、开发以及布设电力线通信系统的过程中，技术人员、管理人员以及标准政策制定人员等都亟需一本集电力线通信技术基础、系统安装、相关标准以及在家庭、商业、社区等环境下的系统调试指导于一体的技术参考书。本书介绍了电力线通信技术的基本原理，展示了电力线通信系统的主要设备，给出了典型应用环境下（家庭、商业、社区等）的电力线系统配置与布设的技术要求和注意事项等。读者阅读本书之后，可以清楚地理解电力线通信技术的基本原理、设备构成及其配置要求，并对其研究、开发以及标准规定的编写等工作有所指导与帮助。本书由刘斌、崔晓曼、方箭、刘颖、李长春承担主要翻译工作，参加翻译工作的还有赵媛，郑娜等。李长春、赵媛、郑娜还对本书的第一译稿进行了数次校对和补遗。此外，陈怡、王爱举等完成了本书部分文字和图表的翻译等工作。全书由刘斌负责统稿审定。需要说明的是，本书是译者在尽量忠实于原书的基础上翻译的，为保持原书特色，书中部分图形符号和文字符号并未按国家标准做修改，请读者注意。本书的内容仅代表了作者个人的观点和见解，并不代表机械工业出版社和译者的观点。本书的出版得到了各位译校者、机械工业出版社有关同志的大力支持。国家无线电监测中心薛永刚副主任也在百忙之中欣然为本书致序。在此鸣谢为本书付出辛勤劳动的各位译校者，同时对为本书提供过帮助的人员一并表示诚挚的谢意。由于译者水平有限，在翻译、整理本书的过程中一定还有很多不足，如有不准确之处，恳请读者批评指正。译 者2011 年 4 月中文版前言自第一台 PLC（Power Line Communications，即电力线通信）设备于 2000 年问世以来，PLC 技术以提供最佳的性能为宗旨，一直在稳步发展、前进。如今，PLC技术已经成熟，可以与其他相应的局域网技术相媲美，并且部署起来更加便捷。众多通信专家的观点以及本人 2006 年以来的实践都充分表明，PLC 技术已经从鲜为人知转变为广为人知，得到了极大的重视，并在众多普通的家庭中得以应用。PLC 可以更为便利地在整个楼宇中传输任何类型的数据，其中也包括众多 ISP新近提供的基于 IP 服务的视频信息数据。作为 ISP 而言，他们更乐于通过使用以太网的接口与其他网络终端实现通信，从而达到服务最大 IP 用户数量的目的。当前，IEEE 已经通过了 IEEE 1901 系列下的标准，并且逾 4000 万台 PLC 设备使用了这一专门标准。这一标准包含网络和安全架构方面所应遵守的规定，并且包含了家庭环境下的电磁兼容（EMC）方面的要求。该技术与业余无线电的干扰问题，在共同使用一部分子带频段技术后已得到解决。PLC 与业余无线电技术之间的干扰问题正在通过一种对普通子载波频率上进行“开槽”的智能技术来解决。相信在不远的将来，随着 PLC 接口更为广泛的集成化（集成到 Wi-Fi、以太网、有线电视线缆之中等），PLC 设备市场将会继续向前发展，从而实现网络工程师和电信公司目标，即大型的 PLC 公司融合至 Wi-Fi 公司之中。Xavier Carcelle2010 年 12 月原 书 前 言自从 2000 年初出现第一个电力线通信（PLC）设备，电力线通信技术便一直稳步发展，其发展目标就是实现最佳的性能。如今 PLC 技术已经成熟，其性能已经可以与其他局域网技术相提并论，不过 PLC 技术的另一个优势便是其开发与部署更加简单。PLC 技术可以使得在整栋楼里广播各类格式的数据变得更为简单，这其中便包括通过近年来 ISP 所提供的基于 IP 的视频数据业务（Video over IP）。ISP 期望其终端能够通过以太网接口与其他终端和因特网相连接，并期望能够容纳最大 IP 应用数量。当前 IEEE 关于 PLC 的标准不多，因此人们往往将 Home Plug 技术作为实际的技术标准，因为当本书出版时，世界上正在使用的 PLC 设备的数量已经达到了1500 万台左右。IEEE 的一个工作组即将完成第一个高性能的电力线通信技术标准的草案，该草案能够确保并且符合家庭环境下的电磁兼容的要求。PLC 系统对业余无线电系统（Ham Radio）的干扰问题已经得到了解决，解决方案是在两个系统共享的频段中对 PLC 系统的信号进行智能的开槽（Notching）。电力线通信技术的设备及其集成接口（与 Wi-Fi、以太网、有线电视等的接口）市场将来会不断增长，从而既满足网络工程师的需求也满足电信公司的目标。本书的结构本书从理论到实际应用展示了 PLC 技术的各个方面，此外，本书还可以作为个人、专业人员以及有关企业使用 PLC 网络时的安装指导资料。作者以及本书的其他撰写者在本书的编写过程中将最富教学意义的内容融入其中，这样做是为了使得未来的安装者和用户能够对与电力网络和计算机网络相关的PLC 技术驾轻就熟。本书通过大量图表对不同的研究情况进行了说明，展示了工程师们在部署 PLC 网络时出现的问题和解决方法等。本书共 13 章，分为两大部分。第 1 章：概述。第 1 章介绍了 PLC 技术的历史以及当前当今不同组织（联盟和工业组织等）所开展的引导 PLC 技术向前发展的工作。第 1 部分：PLC 原理。这一部分将集中分析与 PLC 相关的电力和计算机网络技术的特征，以及与 PLC 技术相关的不同功能，这些技术和功能使得 PLC 能够将数据流通过各种不同的方式传输给最终用户。第2 章：PLC 的结构。本章通过着重分析电力网络与电信领域通用模型之间的关系，描述了电力网络的属性。第3 章：PLC 的功能。本章列举了在电力网络中实现最佳数据交互的一整套功能。第4 章：PLC 的安全。虽然 PLC 不用面临与 Wi-Fi 网络类似的安全问题，但是 PLC 必须建立一些安全标准。第5 章：PLC 的数据帧结构。本章介绍了在电力网络中传输的完整的数据帧结构。第 2 部分：PLC 的实际应用。这一部分内容涵盖了所有的 PLC 实际应用，即从家庭用户或专业用户场景，到满足城市需要的因特网接入场景。第 6 章：PLC 的应用。当前，ISP 所提供的因特网接入囊括了越来越多的应用（例如声音、数据、图像、高清视频流等），这些应用在数据吞吐量和安全等方面有着较好的表现。本章说明了 PLC 网络如何满足这些需求。第 7 章：PLC 的设备。PLC 设备的正确选择需要对不同 PLC 所使用设备的功能有较好的了解，比如网关、过滤器、中继器、注入器以及其他网络配件。本章介绍了不同安装条件下不同功能所对应的标准的选取等内容。第 8 章：PLC 的安装。在安装前正确地设置 PLC 设备是非常重要的。本章介绍通过对电力网络中 PLC 设备位置的优化，解决经常出现的安装问题。第 9 章：PLC 的配置。本章描述了在不同平台下（Windows、Linux 和FreeBSD）以及不同类型的 PLC 技术条件下的配置步骤。第 10 章：PLC 在家庭中的应用。想在家中安装 PLC 网络的人们在本章中可以找到他们所需要的所有信息，这些信息将指引他们做出正确的选择。另外，本章还提供了配置和安装等方面的建议。第 11 章：PLC 在商业中的应用。从 SOHO 到大型的多个厂房的工业公司，专业人士在本章中都能够找到详尽的内容，指导其采用不同的步骤来优化电力网络，使其作为局域网（LAN）的骨干网。第 12 章：PLC 在社区中的应用。本章重点分析了偏远地区的社区所面临的因特网接入问题，并给出了通过使用公共电力网络接入因特网这一项目的管理中所需要遵循的构架原则和解决方案。第