新三网合一.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电话、电脑和电力网的“三网合一”的,概念与实现技术,西安交通大学 2003年11月,张保会,主要内容,电话、电脑及电力网的“三网合一”的概念,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求,配电线电力载波的发展及宽带通信的未来,“,三网合一,”,的关键技术及问题,“三网合一”,技术在电力系统中的应用,初步的实验研究,结论,电话、电脑及电力,“三网合一”,的概念,(一),1.1 人们对信息的多种需求：,随着21世纪信息社会的到来，社会进步、经济发展、教育普及、环境保护等都对通信提出了新的、更高的要求。而且随着社会信息化程度的提高，大家越来越认识到信息的重要性，人们对信息的需求已从单一的信息形式向交互式多媒体信息发展。因而人们迫切希望获得大容量和高速率的数据、视频、图像、语音等高质量的服务,但这是传统的接入方式所无法实现的。所以,使用新一代的接入网技术和建立新的接入网是当前通信领域面临的新课题,。,电话、电脑及电力,“三网合一”,的概念,(二),1.2 多种信息融合后的经济与方便性：,人们为了方便联系与交流，要安装电话，携带手机和,BP,机；为了娱乐，要有电视机用于接收视频信息；还要有计算机连接国际互连网。信息为社会服务的实质是流通（共享），然而，由于历史的原因，人们将信息按它的某种表现形式的不同，分为语音，数据和图象，并为之设计了三套不同的传输设施，处理设备、接收和传送终端，形成了不同的行业，造成了资源的浪费,并且我们需要向几家不同的公司缴纳费用。这显然对信息的流通和共享造成了阻碍,。,电话、电脑及电力,“三网合一”,的概念,(三),1.2 多种信息融合后的经济与方便性：,而数字技术的全面采用可以使电话、数据和图像等业务信息都可以采用统一的数码(0/1)传输、交换和分配。在未来的网络传送平台上，业务信息的种类不再重要，网络将“一视同仁”。基于柔性连结技术的宽带,IP，,必然要成为通信的主流网和基础网。,电话、电脑及电力,“三网合一”,的概念,(四),1.3 用电力网实现“三网合一”的合理性,能量和信息是人类社会生活必不可少的，在以上三种网络中，只有电力网既可以承载能量，又可以承载信息。,电力网络是世界上已有最广的有线网络，电力网络比任何其他的有线通信网络更加坚固和现代化。,如果充分利用现成的电力网络承载电话、电脑和电视网络的任务，无疑是最为方便和简洁的。,电话、电脑及电力,“三网合一,”,的概念,(五),1.4 利用电力网承载各种信息接入网的可能性：,1997年以来，电力线通信（,PLTPower Line Telecommunication，,一种可让高速数据流在低压配电网的导线和基础设施上传递的技术）发展迅速，速率也越来越高。目前2-3,Mbps,速率的芯片已经问世，而10,Mbps,的芯片将于年内推出，已经实现了,ADSL-1,的1.536,Mbps,的标准。,专家们预计，这种利用公共电网传送数据技术的开发成功，将会大范围的引入许多基于因特网的应用，如电子商务、远程操作、网络广播、娱乐业和,IP,电话。,电力公司开展这方面业务所需投入的费用和其它宽带数据接入系统相比要低的多。不愿实施该项业务的电力公司还可出租资源，向准备采用其网络进行运营的公司收取费用。,电话、电脑及电力 “三网合一”的概念(六),1.4 利用电力网承载各种信息接入网的可能性:,在管理体制上，电信经营打破垄断、鼓励竞争，制订互联法规、规范市场行为已成为国际潮流。,1997年有69个国家和地区在,WTO,全球电信贸易自由化协议上签字，同意分期分批地相互开放电信市场。这个协议事实上已成为,WTO,成员国在电信领域内应共同遵守的国际法规。,中美签署的关于中国加入,WTO,的双边协议中就包含了中方要遵守的世界电信协议的基本条款。允许外资在所有电信服务业中占有49%的股权。,93年12月国务院批准由原电子工业部、电力工业部和铁道部共同组建中国联合通信有限公司，被授予电信基本业务的经营权。近日，由重庆电力局、重庆广电局等11个单位组建的重庆信息港宽带网络有限公司宣告成立,电话、电脑及电力,“,三网合一,”,的概念(七),1.5“三网合一”的概念,电力系统在经营和服务内容上实现,“,三网合一,”,，在主营电能的同时兼营电信。,电力系统可以利用现有的电力信息设备、通道和杆塔、缆沟等资源，也可以改建和再建自己经营或合作经营的信息主干网络。电力信息主干网除满足电力行业自身需要的电话、电脑、视频信息交换外，富裕的信息资源应该向社会公众提供服务。,电话、电脑及电力 “三网合一”的概念(八),1.5“三网合一”的概念,在配电网络中，“三网合一”是指三种服务功能的网络由现有的配电网络物理体系担任。,在配电网络传输能量流的同时，传输数字语音和数据流，从而实现高速因特网的接入网即计算机的局域网、电话网的接入网及模块局。而因特网的主干网和电话交换主网仍由原来的主干网络担任或由电力信息主干网担任。,电话、电脑及电力 “三网合一”的概念(九),1.6“三网合一”的框架,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求,（一）,2.1,电话的发展及对信道的要求,语音使用电路交换机制（,Circuit Switching），,而数据使用分组交换机制（,Packet Switching）。,分组交换机制在公共网络上传输话音已经成为现实。,理论和实验都已证明，使用音频压缩技术的,IP,电话，16,kbps,的速率已经能实现非常好的音频质量。,IP,技术允许多个用户共用同一带宽资源，改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式，节省了用户使用单独信道的费用,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（二）,2.2,Internet,网业务对速率的要求,进入90年代中期以来，因特网业务量的增长已构成数据业务的主要增长因素，到2000年用户数将可能达到3亿5亿左右。1990年到2000年这10年间，用户数增长了大约2个量级。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（三）,2.2,Internet,网业务对速率的要求,除了用户数量的指数式增长外，业务带宽(传输速率)也呈现了指数式增长态势。例如在1990年左右，主要业务是,E-mail，,带宽仅1,kbps,左右；到了1995年，主要业务成为,Web,浏览，所用的带宽已增长到大约50,kbps；,到2000年左右，活动图像将成为重要业务，所占用的带宽可达5,Mbps。10,年间，业务带宽的增长可达4个量级。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（四）,2.2,Internet,网业务对速率的要求,网络业务主要包括：,1).大量低延时数据业务应用需要高带宽。诸如,Web,浏览的典型带宽可从数十,kbps,到数百,Kbps，,而,LAN,的典型带宽可从10,Mbps,到,100,Mbps。,2).,本身带宽窄，但通信量极大的业务应用（如电话、,Email）,也需要很高的网络带宽，例如,IP,电话业务在继续增长，,Email,的规模正变得越来越大。,3).视频点播等宽带应用更需要高带宽。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（五）,2.3,有线电视网的速率需求,多媒体技术的出现与发展，使视频图象的网络传输成为可能。数字视频:将模拟视频信号转化为数字信号。例如：标准,PAL,制电视信号进行采样后的 4:2:2格式总码流率可达：165.888,Mbps.,经过压缩、打包处理后的数字信号的传输，如果使用,MPEG1（,国际标准11172）可产生1.2,Mbps,的视频录象质量输出(,NTSC352*240)。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（六）,2.3 有线电视网的速率需求,网络上传输视频，近年来发展迅速，现有的视频标准有,MPEG1、MPEG2,和,MPEG4，,目前正在制定,MPEG7,标准，预计2001年正式推出。这些国际标准为传输通讯、压缩制定了标准和协议。例如：使用,MPEG1,可将非压缩视频472,Mbps,的信号压缩为1.2,Mbps,的视频。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（七）,2.3 有线电视网的速率需求,目前，网上已经开通了部分广播和电视，实时接收网络广播的速率为16,kbps-20kbps,时，收听的效果较好。,湖南卫视收看速率为20,kbps、,中央电视台-1收视速率为55,kbps,时,，,由于速率较低，效果不理想。凤凰卫视网上实时播放，收视速率达350,Kbps,时,有较好的效果.,从教育网内视频点播来看，如果有150,kbps 220kbps,的带宽，就会有较好的收看效果。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（八）,2.4,电力系统本身对信息的需求越来越多,随着智能化可通信的电气设备、电气主设备的预知维修、互联电力系统的实时控制和电力市场化运营的发展，都需要实时的、大量的电力信息传递。构建面向发、输、变、配电设备及千千万万电力用户的电力信息接入网摆在电力工程界的面前。是重铺信道、租用电话信道，还是利用电力线路、电力网络资源构建电力信息网络的接入网，在技术和经济上都是值得反复权衡的重大问题。,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（九）,2.5 面临的问题及解决方案,为维持功率流的安全、可靠和经济地流动和电能商品的有效交易，电力系统需要：,大容量的实时信息,信息源自整个电网及用户,信息网与电网具有大致相同的结构,电话、电脑及电力信息网对信道速率的要求（十）,2.5 面临的问题及解决方案,电力系统应该：,充分利用电力网络资源，开发电力线载波新技术，构造电脑、电话和电力的,“,三网合一,”,网络，主营电力兼营电信。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（一）,3.1,PLT,的研究发展,电力线载波不是新技术，于20世纪20年代就开始应用于电力系统。,宽带高速电力线通信（,PLT）,技术,的研究从1997年开始在全世界兴起，并形成高潮。在欧洲和日本，每年举行一次,ISPLC(,电力线通信及应用国际学术年会)，来探讨,PLT,技术的发展和应用，参加者都是一些大学的学者和从事,PLT,开发技术的著名公司。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（二）,3.1,PLT,的研究发展,ISPLC,(,电力线通信及应用国际学术年会),会议召开情况,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（三）,3.1,PLT,的研究发展,在第一届,ISPLC,会议上英国的,Norweb,公司和,Lancaster,大学对使用电力线高频的情况和跳频调制在电力线上的应用做了介绍。,第二届,ISPLC,会议，讨论电力线传输特性、模型、通信系统、应用和测量几个方面的内容。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（四）,3.1,PLT,的研究发展,在第三届,ISPLC,会议上，比利时的学者提出使用离散多音（,DMT）,调制技术，德国、英国和以色列的学者介绍了正交频分复用（,OFDM）,调制技术在电力线通信中的应用。,第四届,ISPLC,会议上，,OFDM,技术占了主要的地位，码分多址（,CDMA）,技术已经占了次要位置。大部分讨论都与,OFDM,技术有关。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（五）,3.1,PLT,的研究发展,1997年以来在欧洲成立了两个电力线通信论坛,IPCF（,英国）和,PTF（,德国），并于2000年4月合并为位于瑞士的,PLCforum,。,目标是通过经营信息来发展电力线通信市场:数字品质的语音电话；速率高于1,Mbps,的互连网接入；家庭自动化中的智能服务。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（六）,3.1,PLT,的研究发展,在北美，联合通信委员会,(,UTC),于1998年成立了电力线通信论坛,(,PLTF),来考察电力线通信的进展和使用。,欧洲电信标准协会,(,ETSI),于1999年成立了,PLT,计划，准备制定新的,PLT,标准。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（七）,3.1,PLT,的研究发展,2000年3月，包括3,Com、Cisco Systems、Compaq、Intel、,Intellon,、Motorola、Panasonic,和,Texas Instruments,等13家公司发起成立,HomePlug,联盟，成员已有46个。目标是快速发展和采用低成本的、可共同使用的家庭电力线网络及产品。该联盟在2000年6月5日宣布采用,Intellon,公司的10,Mbps,高速电力线网络技术为基线，来制定它的第一代电力线网络技术规范并希望在第四季度完成。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（八）,3.2 研究,PLT,的主要公司和产品,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（九）,3.2 研究,PLT,的主要公司和产品,英国,Norweb,与加拿大,Nortel,的,DPL,技术及框图,基站,耦合单元,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十）,3.2 研究,PLT,的主要公司和产品,瑞士,Ascom,公司的网络结构,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十一）,3.2 研究,PLT,的主要公司和产品,数据传输：宽带数据 如：,Internet,电子商务等。窄带数据 如自动抄表，远程控制，家庭自动化，设备管理的远程维护，安全监视等,语音传输：基于,IP,数据包的语音 如：传统公用电话和,Internet,电话。语音数据传输可从低压网到室内所有电源插座。,性能：户外传输距离350米，不需转发器，可最多连接250个家庭。传输频带为,x12MHz,不需对网络进行特别处理。室内传输距离为70米，传输频带为15,MHz30MHz。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十二）,3.2 研究,PLT,的主要公司和产品,网络传输速率：样品为1.3,Mbps，,现场实验为2.0,Mbps，,第一代产品设计为3.0,Mbps,传输质量：数据传输误码率 10,-9,，语音传输实时延迟为1015,ms,Ascom,公司和德国,RWE,在1999年3月到9月在德国,Leichlingen,进行了6个月的实验，以上的数据均来自实验结果。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十三）,3.3,PLT,的技术成本比较,PLT,及其他技术的速率比较,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十四）,3.3,PLT,的技术成本比较,运行费用比较表,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十五）,3.3,PLT,的技术成本比较,PLT,与其他技术的设备和安装费用比较表,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十六),3.3,PLT,的技术成本比较,网络发展情况(美国),配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十七）,3.4,电力线载波技术的最新报道,美国物理学家,William Luke Stewart,提出了一种新的技术，利用电力线周围存在的磁场，以接近光速的速率传递声音、视频和互联网，其技术使电力线具有无限的带宽。,98年成立的,Media Fusion,公司，计划推广这项技术。目前,实验室传输速率是2.5,Gbps,。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十八）,3.4 电力线载波技术的最新报道,Luke Stewart,利用电力线在传输电能时产生的磁场作为波导，利用微波激光激射器（,maser）,来接入数据。,如果这项技术获得成功，这将是自从,Alexander Graham Bell,以来在通信领域最重要的发现,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（十九）,3.4 电力线载波技术的最新报道,美国,Media Fusion,的高级抑制载波技术,速率为2,.5,Gbps,远远大于电信的,xDSL,和有线电视的,CableModem,以,Mbps,为单位的速率，远大于,Nortel,的,DPL,技术的,1,Mbps,的速率。,高级抑制载波技术可以解决传统电力线通信的一切阻碍翻越变压器、线路噪声、负载不平衡等。,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（二十）,3.4电力线载波技术的最新报道,美国,Media Fusion,的高级抑制载波技术,“,四网合一,”,的完美解决方案,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（二十一）,3.4电力线载波技术的最新报道,美国,Media Fusion,的高级抑制载波技术,“,四网合一,”,的完美解决方案,配电线电力载波的发展及宽带 通信的未来（二十二）,3.4 电力线载波技术的最新报道,电力网络提供了完美的通信平台,世界上范围最大的有线网络,最稳定和最现代化的网络,长距离传输信号而无需信号再生技术,接近光速的传输速率,无限的信息容量，没有任何一种通信网络可以与它相比,不受网络拓扑的限制,不受传统的阻碍速率的设备的限制,“,三网合一,”,的关键技术及问题（一）,4.1 提高速率及拓展带宽,香农定理,最大数据速率=,B*log,2,（1+S/N）,bps,B:,频带宽度;,S/N:,信噪比,带宽的拓展包括:,a),按照一种带宽的定义,从物理角度上把带宽,拓展即改变信道物理参数;,b),提高检测灵敏度,从带宽定义方面拓展带宽,“,三网合一,”,的关键技术及问题（二）,4.2 传输损害及对策,衰减,提高信号检测灵敏度,加大负载的阻抗,增加发射功率及采用中继技术;,延迟变形 采用时域均衡和频域均衡技术,噪声 采用先进的相关检测技术,“,三网合一,”,的关键技术及问题（三）,4.3 采用先进的调制解调、编码技术,为适应电力线信道的时变特性，通常采用自适应方式，其外在表现为通信速率的变化,扩频通信(,Spread Frequency),利用扩展频谱技术，在发送端对信号频谱能量加以扩散，在接收端对有用信号频谱能量压缩集中，就得到了信噪比的增益。扩频通信系统扩展的频谱越宽，获得增益越高，抗干扰性能越强。,“,三网合一,”,的关键技术及问题（四）,4.3 采用先进的调制解调、编码技术,码分多址(,CDMA),扩频通信所以能得到迅速发展，其另一个主要特点是可以进行选址通信。扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户共用这一频带，则可大大提高频带利用率。即利用不同的码型进行分割，所以称为扩频,CDMA。,这种扩频,CDMA,方式，虽然要占用较宽的频带，但按平均到每个用户占用的频带来计算，其频带利用率是很高的。除此之外，采用扩频,CDMA，,还有利于组网、进行选呼、增加保密性和解决新用户随机入网等问题。,“,三网合一,”,的关键技术及问题（五）,4.3 采用先进的调制解调、编码技术,正交频分复用(,OFDM),调制技术,OFDM,的基本原理是把输入信息转换成多路并行信号,对相互完全正交的一组载波进行调制。由于各载波之间的相互正交性,完全消除了彼此之间的串扰,同时可以在接收端利用相同的正交载波组来恢复原始信号。,OFDM,可抗,多径干扰及衰弱、抗噪声,同时最大限度的利用可用频带、从而获得很高的频谱利用率。,“,三网合一,”,的关键技术及问题（六）,4.3 采用先进的调制解调、编码技术,在纠错控制编码上普遍采用的前向纠错编码（,FEC）,技术,。,发送端经编码发出能够纠正错误的码，接收端收到这些码组后，通过译码能自动发现并纠正传输中的错误。,许多方案都展示了良好的性能，都可达到56,dB,的编码增益如：,RS(Reed Solomon),码、,Turbo codes,等。,“,三网合一,”,的关键技术及问题（七）,4.4 组网问题,(1)高效、便捷的信息与电力线耦合器件,高频信号耦合,高频信号传输,最优频谱特性,“,三网合一,”,的关键技术及问题（八）,4.4 组网问题,(2)变压器同侧信息的组网方式与交换,网络拓扑结构,硬件连接,DPLC Modem,协议支持,“,三网合一,”,的关键技术及问题（九）,4.4 组网问题,(3)载波信息网与电话的接口,DPLC Modem,与,IP,电话网的接口采用智能网关或路由器,DPLC Modem,与电话的接口采用模拟/数字语音转换器,采用,TCP/IP,协议,“,三网合一,”,的关键技术及问题（十）,4.4 组网问题,(4)载波信息网与,Internet,网的接口与协议,DPLC Modem,的互联网信息通过,DPLCAM,接入,Internet,该处的,DPLCAM,具有网关和路由器的作用，它通过检测数据包的,IP,地址，将数据进行转发，还可以进行网络的管理。,TCP/IP,协议,“,三网合一,”,的关键技术及问题（十一）,4.4 组网问题,(5)信息在主电路断开时的跨越技术措施,耦合适配器的安装位置,备用电源的采用,使用通信旁路,“,三网合一,”,的关键技术及问题（十二）,4.5 还应解决的问题,(1)信息在变压器不同侧的翻越技术,旁路电容,使用额外的电缆,采用相应的无线装置,变电站设信息处理局部中心,“,三网合一,”,的关键技术及问题(十三）,4.5 还应解决的问题,(2),“三网合一“的管理与经营,经营权,运营模式,高质量的服务与低廉的收费,“三网合一”,技术在电力系统中的应用(一）,5.1 构成配网自动化系统的通信平台,“三网合一”,技术在电力系统中的应用(二),5.2 电能、电费采集与管理系统,“三网合一”,技术在电力系统中的应用(三）,5.3 电力市场用电侧交易、管理的技术支持系统,初步的实验研究(一）,6.1,DPLC,Modem,的构成器件,初步的实验研究(二）,6.1,DPLC Modem,的构成器件,初步的实验研究(三）,6.1,DPLC Modem,的构成器件,初步的实验研究(四）,6.2 实验系统,初步的实验研究(五）,6.3 实验室试验,初步的实验研究(六）,6.3 实验室试验-文件传输试验,初步的实验研究(七）,6.3 实验室试验-,西安交通大学主页,初步的实验研究(八),6.3 实验室试验-,西安交通大学电气学院主页,结论（一）,随着低压电力线载波技术的发展，“三网合一”在技术上是有可能实现的；,电话、电脑、电视和电力的“三网合一”在经济上是需要的，有着巨大的市场潜力；,“三网合一”将会为电力信息行业开辟新的经济增长点,国家应大力加强这方面的研究投入，并研究其运营管理模式.,谢谢各位！,再见！,照片1：用户家中安装一个耦合适配器（黄色），就可以通过电力线上,Internet,网(,返回,）,照片2：接于配电变压器配电侧（380/220,V）,母线上的同,Internet,交换中心联接的基站箱(,返回,）,