导航: 宽带数据搭上了一个看似不可能的便车。
要 点
●BPL（电力线传输宽带）将会与 DSL和有线电缆形成竞争，并且通过“宽带插座”概念，向消费者证明购买与安装的简便性;
●多家供应商的BPL技术都依赖于基本的OFDM（正交频分复用）技术，但现在没有一个通用的标准;
●IEEE P1901委员会正对电力网用于接入和户内应用展开工作，但三家联盟各自在推动不同的技术;
●BPL系统会对无线电爱好者和其它服务产生实际干扰，而滤波可以消除这些噪声。
BPL（电力线传输宽带）技术的拥护者坚持认为，最后一公里的最佳方案在很早以前就已经完成了线路铺设工作。但 BPL 仍要面临一些技术障碍，遭遇潜在的、难以处理的、标准方面的争斗，还有那些愤怒的无线电爱好者。
对于我们这些生活在 DSL 与有线电缆争斗之中的人来说，宽带战争已成过去。但其它连接方法的登台亮相（如 WiMax）告诉我们，新的最后一公里宽带技术仍有表演舞台。BPL 支持者坚持认为电力网是最佳选择。该技术有一个潜在的优势，即每个家庭或商务场所的墙面上都已经有了“宽带插座”。此外，一个智能的电力网可以推动很多应用，如自动读表、负载平衡，甚至遥控耗电的电器，如空调，这些应用可以作为互联网服务费用的补贴。拥护者甚至声称除互联网服务以外，还可以提供 IP 视频和语音服务。全球来看，BPL 的应用范围仍然较小。但我们可以来考查一下，BPL 要成为主流接入方法，还需要面临哪些实际挑战。
不同的人所描述的 BPL 有不同的特性，有的认为它是万能灵丹，有人则认为其是祸患。在2005年10月初，ComTek（通信技术）公司与马纳萨斯市联合主办了一个新闻发布会，会上宣布了城际的 BPL 网。宣传攻势相当猛烈。ComTek 创始人兼首席执行官 Joseph Fergus 的开场白是：“非常荣幸地邀请到各位见证这个伟大的时刻，这是我们国家的历史事件......它预示着一个里程碑式重大技术的实现：第一个城际商用 BPL。毫不夸张地讲，马纳萨斯市现在拥有了独一无二的互联网接入方法，与任何一个美国城市都截然不同。”
但其他人对这个消息可没有这么高兴。马纳萨斯市民、工程师，同时也是 Ham（无线电爱好者）的 George Tarnovsky 认为：“整个 BPL 系统是一个失败。”Tarnovsky 指的不仅是 BPL 系统的辐射会干扰 Ham 工作，而且 Ham 或其他来源的辐射也会干扰 BPL 系统。他继续说：“他们没有采取入口保护措施。”
在电力线上发送数据不是什么新概念。HPA（HomePlus 电源线联盟）多年来一直在推广采用电源线的家庭网络，多家供应商都提供最高可达 14Mbps数据速率的 HomePlug 1.0 产品，虽然实际数据速率在5 Mbps ~ 6 Mbps范围内。新的 HomePlug 1.0 Turbo 产品刚刚出现，它将最高速率扩展到了 85 Mbps。同时，该集团正在制定一个新的规格，HomePlug AV，它将着重于在家庭中传送视频，速率可达 200 Mbps。该规格已经完成，支持 HomePlug AV 的芯片样品预计于2005年底面市。
但是，BPL 更专注于在宽带接入方面使用电力网。为每家每户提供电能的电力网也将承载宽带数据。数据还是通过光纤或其它高速网络介质连接到家居附近，然后再转移到电力网中，进入家庭，因而无需挖沟布设新电缆（见附文“BPL 回程”）。据推测，BPL 的用户数将达到 DSL 或有线电缆无法达到的规模。并且在某些情况下，BPL 将与现有接入方式直接竞争（见附文“BPL：是否经济？”）。
将数据耦合至电力线有两种方法。某些情况下，服务供应商只为 BPL 使用 LV（低压）线。一般来说，在使用 LV 的情况下，数据是在每6至8户的供电变压器处进入电力网。因此，变压器的作用就相当于 BPL 网桥或路由器，它可以安装在电线杆上，也可以安装在地面的机柜内。VL BPL 一般在 110 V 或 220V 系统中工作。另外一些情况下，服务供应商也会沿电力网的 MV（中等电压）部分传输数据，这样可以减少对光纤或其他高速介质长度的要求。对不同种类的电力设施和世界不同地区，MV 结构变化很大，但这些线路上的电压则在5kV~ 30kV之间变化。一般来说，宽带数据流必须在每个变压器处从 MV 耦合至 LV 线路上。
BPL和户内电力线网均采用相同的基础OFDM（正交频分复用）技术，这也是DSL和802.11无线局域网使用的技术。例如，HomePlug 1.0就在4.5 MHz ~ 21MHz频带内使用了84个等间距的 OFDM 副载波。
糟糕的是，OFDM 是各种竞争性的 BPL 方案中唯一共同的地方。今天主要有三家 BPL 阵营，最初的发起者都是一些 IC 公司。Intellon公司 长期以来一直在推广电力线网，并是 HPA 的领导者。Intellon公司 也是 HPA 芯片的领先者，虽然 Conexant公司 也提供这些产品，而 Arkados公司才刚刚进入这个市场。尽管 HomePlug 1.0 设计用于家庭网络，但制造商们正在将 HomePlug 1.0 芯片用于 LV BPL 系统。
西班牙的 DS2（Design of Systems on Silicon）公司曾经也是 HPA 成员，但后来因为与该组织技术路线图有异议而退出。但 DS2 生产的产品有一定优势。该公司用于家庭与 BPL 网络的芯片产品已经量产，可工作在 200 Mbps 速率。第三家是以色列的 Main.net 通信公司。尽管现在一些 BPL 采用了 Main.net公司的芯片，但该公司现在可能面临财务困境。该公司代理未对 EDN 的采访要求作出回应。
标准的潜在困境
虽然 HPA 已经可以算作一个标准实体，欧洲组织 Opera（开放型 PLC 研究联盟）也已经采纳了 DS2 技术，但标准之战仍处于一触即发的状态。IEEE P1901 委员会正在就 BPL 和户内电力线网络进行工作。Schnieider 电气公司的 Jean-Philippe Faure 和 Current 通信集团的 Jim Mollenkopf 是委员会的联合主席。Current 通信集团包括一个 BPL 的服务供应商 Current 通信公司，和 Current 技术公司，它是一个 BPL 设备供应商。今天，Current公司 明确地站在 HomePlug 阵营，而 Schneider公司 却可能更倾向于 DS2。
尽管如此，Faure 和 Mollenkopf 仍在致力于使最好的技术获得一致而公正的发展。Mollenkopf 是 Current公司 的首席架构师，另一个身份则是联合主席，他说：“我们会选择最佳的解决方案。我们会选择最好的作品。”Mollenkopf 表示，BPL 现在主要关注 LV 层面，不过他也说：“以后我们也会考虑 MV 的问题。”该集团正努力寻找一种可提供 100 Mbps 以上数据速率的技术。
Mollenkopf 承认，在 P1901 委员会中实际有三个行业联盟，包括 HPA、UPA（通用电力线联盟，DS2 是主要成员）和 CEPCA（消费电子电力线通信联盟）。松下和其它消费电子公司在推动 CEPCA，CEPCA主要着眼于家庭网络。根据 Mollenkopf 的说法， Main.net没有加入委员会。
标准的重要性
无论何种情况下，IEEE 都不会仓促推出一个标准。IEEE 在2005年夏天开始相关工作，Mollenkopf 希望在 2006 年底通过标准，但他也承认这只是最佳时间表。从很多方面来说，这个过程与其他多种通信技术的标准化过程没有区别。例如，在 DSL 的早期，至少有三种竞争性技术在争抢市场份额。当各方处理标准问题时，供应商则要交付适合多种口味的产品，市场因标准残杀的阻碍程度最小而获得成功。
但 BPL 与其他宽带技术还是有根本的区别。例如，对 DSL 和有线电缆来说，宽带接入网络是与家庭网络完全隔离的，无论家庭网络选用的是以太网、802.11 或 HomePlug。而在 BPL 情况下，即使户内网络也是基于电力线路上的也没有问题，并且无需网关将宽带接入与家庭网络隔离开来。Mollenkopf 解释说：“我们最关心的就是要在低电压线路上实现接入与家庭网。不存在接线所关心的明确界限。”
这样，我们达到了BPL 最有潜在价值目的同时也拥有了它潜在的唯一致命弱点。HPA 在推广宽带插座的概念。在它的概念里，每个电源插座都可以接入宽带。用户无需网关或路由器。用户可以用一台 HomePlug 调制解调器连接卧室的游戏机,一台HomePlug调制解调器连接起居室的机顶盒，而用另外一台 HomePlug 调制解调器连接到办公室的 PC 。Current 通信公司与 Cinergy 公用事业部门合作，在辛辛那提地区部署了北美最大的 BPL 。Current 的产品依赖于 HomePlug 1.0 芯片，该公司正在销售宽带插座式 BPL。客户购买 HomePlug 1.0 产品，每台 PC 或其他互联网设备都要安装一台。整个安装过程可以完全自己完成，在大型零售商那里，每个产品售价低至 30 美元。BPL 可提供对称带宽，每台调制解调器都可以与变压器处的网桥/路由器直接通信。HPA公司与 Current 公司声称，这种结构的性能优于 DSL 或有线电缆。Current 在辛辛那提以每月 27 美元的费用提供服务，而且与客户使用的调制解调器数量无关。
宽带插座概念的缺点包括了安全问题，并且肯定需要一种标准来考虑接入与家庭网络之间的交互关系，因为它们实际上是同一个网络。假设你要在家庭网络上共享文件，而两台计算机之间的连接是电力线，同时电力线也是互联网接入线。此时，网络上的文件就向你的邻居开放了共享。有线电缆调制解调器也有相同的问题，但大多数有线电缆用户是把有线电缆调制解调器直接接入一台防火墙/路由器，而家庭网络的传送发生在防火墙之后。在 HPA 情况下，两台 HomePlug调制解调器之间只用内置的 56位DES（数据加密标准）进行数据传输，不过，HPA 会在以后增强安全性。
至于接入与户内标准的兼容问题，HPA 仅仅确定采用相同的 MAC（介质访问控制器）和 PHY（物理）层。HPA 已宣布，将在 2006 年年中出台的 HomePlug BPL 规格中采用 MAC 和 PHY，它们早已是 HomePlug AV 中的一部分。
正如我们所料，不是所有人都喜欢通用接入网与家庭物理网的。例如，摩托罗拉公司以 Powerline LV 品牌提供 BPL 设备，当然也是基于 HomePlug 1.0 芯片上的。公司首席工程师 Dick Illman 表示：“我们的产品仍然十分类似于 DSL 或 有线电缆调制解调器。我们的意图是使每个家庭成为一个客户。”摩托罗拉业务发展经理 Mary Ashe 预计，大多数用户会采用 802.11 或以太网作为他们的家庭网络。
虽然摩托罗拉使用 HomePlug 芯片，但公司亦增加了更加可靠的加密与证实功能。因此，采用摩托罗拉 BPL 方案的客户必须使用服务供应商提供的调制解调器，而不能使用自己从商店随意购买的调制解调器。这样，用户付出的费用就比较高，不过 Ashe声称其价格仍然不高于 100 美元，并且系统仍然可以自己安装。Illman 称，Powerline LV的调制解调器能与 HomePlug 家庭网络共存，不过会有带宽的损失。CSMA/CA（载波侦听多点接入/冲突避免） MAC 机制可使两种网络接入到电力线。
接入网与家庭网的隔离
与此同时，DS2公司 则认为要隔离接入网与家庭网。该公司创始人 Victor Dominguez 认为：“不考虑与接入网的相互作用，就不可能为家庭网开发这种技术。”关于 HPA 计划在接入网和家庭网中采用相同 MAC 和 PHY 层的问题，Dominguez 认为：“从 PHY 通道、网络拓扑或网络性能观点看，这是没有意义的。”
DS2 不愿意分享自己的 MAC 层和 PHY 层的详情，但 Dominguez 认为，对于任何电力线标准团体来说，首要工作是一个能够共存的层。他声称，UPA 已经具备了这样一个层。另外，ETSI（欧洲电信标准协会，www.etsi.org）也正在做电力线标准的工作。IEEE P1901 小组与 ETSI 小组也有联络。Dominguez 称 ETSI 小组将在明年初定义一个共存的层，而 HPA 拒绝这个层。IEEE 的 Mollenkopf 表示：“可行的方案是一个公共的信令协议。”
无论有没有标准，BPL 都将全速前进。另一个行业集团（联合电力线理事会）在自己的网站上有一个 PDF 版的 BPL 安装图(www.uplc.utc.org/file_depot/0-10000000/0-10000/7966/conman/BPL+Map+updated.pdf)，北美电力线接入的装机数量已经令人惊讶，虽然有些只是试用。欧洲在 BPL 部署方面走在北美的前面。坚定的支持者中有 Consolidated Edison公司 和 Duke Power公司。而 Earthlink 等 ISP（互联网服务供应商）也正签约成为它们的合作伙伴，提供互联网接入主干网。
干扰问题
但是，伴随着BPL的推广，全球的 Ham 爱好者发出的却是一片反对之声，因为某些BPL装置会干扰Ham的运行。BPL系统会辐射能量，干扰无线电通信，这点不存在疑议。高高架设的电力线是非屏蔽的，其辐射可覆盖大范围的地域，特别是当电力公司沿MV电缆输送数据时。在BPL 业中，有些人把Ham使用者定性为疯子，说他们只会抱怨。有些“疯子”称BPL会干扰紧急通信，导致灾难。其他人则辩称这种技术缺乏适合于语音、数据和视频服务的能力。所幸的是，双方还都有一些理智的人。
国家无线电爱好者协会代表 Ham 使用者。该团体仍然在使用传统的缩略码 ARRL（美国无线电转播联盟，www.arrl.org）。ARRL 实验室经理 Ed Hare 也参与了 BPL 系统测试，并且为 HPA 小组和摩托罗拉等公司做有关 BPL 的工作。他表示：“我的目标是帮助 BPL 成功。并不是所有 BPL 系统都会造成干扰。”
BPL系统受FCC（联邦通信委员会）规定Part 15管制，它覆盖无需许可的业务。基本上，该规定表明这类业务不会对授权的无线电业务造成干扰。另外，FCC特别禁止这类系统使用分配给紧急服务、警察、军队和其它用途的频率。2004年，FCC也为BPL系统发布了一个指导方针。有关该问题的详情，请见FCC规定，以及由《Conformity》杂志编订的指令（参考文献1）。
据Hare说，DS2和HomePlug芯片供应商都在努力减小干扰。要消除干扰，芯片制造商就要实现 “陷波”办法，使BPL信号保持在Ham使用的频段之外。“陷波”这个术语可能会让人误解，因为它是用于模拟滤波器的。在OFDM系统中，BPL供应商只是避免使用与Ham频段相同的副载波。
Intellon公司 的 HomePlug 芯片就有“陷波”功能。DS2 提供可编程陷波，这样可以作动态配置。据 Hare 说，基于 HomePlug 或 DS2 芯片的系统相对比较寂静。Hare 称，有了陷波功能，空中的电力线产生的噪声水平只比寂静状态高约 15 dB。地下电力线的噪声则测不出来。
BPL行业中很多人都认为有陷波功能的系统是寂静的。Ham 使用者则有自己的判断：哪种程度的干扰问题是可以接受的。过去，Ham 使用者的邻居经常指责他们对电视造成干扰。如 Hare 所指出，电视观众才不管测得的干扰量级是否在合法范围内，只要电视屏幕上出现条纹干扰，他们就会心中不快。而 Ham 使用者则希望 15 dB 的噪声也不要存在。Hare 指出摩托罗拉已经在自己的 Powerline LV 设备中消除了干扰。这也是为什么摩托罗拉坚持要采用自己的电力线调制解调器，而不依赖于市场上现成 HomePlug调制解调器的原因之一。摩托罗拉的 Illman 称，即使一个 OFDM 系统中的某些载波被关闭，互调作用仍会在这些频段产生一个基底噪声。因此，摩托罗拉在自己的调制解调器上增加了滤波器，进一步干净这些频率。这种系统可以完全不发出干扰，也能够彻底抵抗干扰。Hare 已对摩托罗拉系统进行过详尽测试，确认了这两点说法。
然而，虽然有陷波功能的系统会产生一点噪声，但并不是 ARRL 最大目标，他们的最大目标却是那些没有带陷波功能的系统。Hare 称有些采用 DS2 设备的服务供应商只是没有使用可编程陷波功能。另外，看起来有些采用 Main.net 系统的供应商也没有能力对相关的频率进行陷波处理，或者需要对滤波器作手工配置。
马纳萨斯市的BPL采用的就是 Main.net技术，据当地Ham使用者说它有噪声。Tarnovsky称一些当地的 Ham使用者对该市作了一个调查，发现一般情况下，Ham无线电的场强表会测到S9 +20dB ~ +40dB的噪声。场强表的刻度为S0 ~ S9，S3 ~ S5被认为是寂静的环境。超过S9就是量程的极限了。
Tarnovsky 表示，马纳萨斯市的 BPL 用的主要是第一代 Main.net 芯片，这种芯片不能编程来“陷波”相关频率。Main.net 甚至派了一名工程师与 Ham 组织进行探讨。按 Tarnovsky 的说法，ComTek 承诺实现陷波功能，但一个 ComTek 雇员承认说公司已经这么做了。EDN 就这些问题电话采访了一位 ComTek 官员，但他没有对此作出答复。
在2005年10月中旬，ARRL 正式要求 FCC 命令马纳萨斯市关闭 BPL 系统。在本文发表时，ARRL 还在等待回复。Tarnovsky 称无论如何该系统都是不可靠的，因为它缺乏过滤有害噪声的能力。他表示，城中那些移动的 Ham 使用者会造成 BPL 系统的部分死锁，需要复位起动。我想知道， ComTek 公司的 Gergus 说马纳萨斯居民的互联网接入与众不同，他指的是什么意思？
参考文献
1. Ramie, Jerry, "Review of FCC Report & Order 04-245 on Broadband Over Power Lines (BPL)," Conformity magazine, August 2005, www.conformity.com/0508/0508review.html.
BPL：是否经济？
尽管大多数围绕 BPL（电力线传送宽带）的议论都以技术为中心的，但也应该问一个问题：这个世界是否需要其他宽带接入方法？事实上，在无线方案中也存在相同的问题，例如 WiMax。但对 WiMax感兴趣的人们可以拿没有 DSL 或有线电缆的第三世界国家作例证。据推测，BPL 也可以用于这些国家，虽然这些地区的电力网看来缺乏提供可靠服务的能力。那么，BPL 到底会在哪里取得胜利，成本如何？
从长期来说，BPL 的成功可能要依赖于智能电力网带来的供电中心化特性。仅自动读表一项就可能节省电力公司大量费用，有助于互联网服务费用的补贴。在加州地区，每年夏季都面临大停电的威胁，能够远程控制客户的设备可以节省大量开支。
新开办的 IC 供应商 Arkados 公司总裁兼首席执行官 Oleg Logvinov 表示：“作为一个单纯的技术来说，我是 BPL 的怀疑者。”但 Logvinov 基于自己电力行业的背景，可以给出一打理由说明 BPL 将获得成功。他称电力公司将会使用分布式智能进行预防性维护工作，更好地了解电力网中何处容易发生故障。他相信，电力公司最终将采用反应性电力供应，以节省能源。Logvinov 表示：“单电力分配优化一项就可以节省 10% 以上的能源。”
其他有关人员则认为，BPL 作为一种纯互联网接入的角色，金钱将起到很大作用。摩托罗拉商务发展经理 Mary Ashe 说：“无论从纯营收角度，还是从设备成本观点，它都是一个非常强劲的业务实例。”
现在，大多数 BPL 部署的定价都是有竞争能力的。ComTek（通信技术公司）在马纳萨斯市开展 BPL 业务，与 DSL 和有线电视方案形成正面对抗。ComTek 将该服务定价为每月 29.95 美元。或许你会觉得 DSL 或有线电缆方法更便宜，特别是在更换运营商以及长期使用时，但 ComTek 的价格仍很有竞争力。该服务覆盖 12500 户家庭，2500 个商务单位，迄今已有 700 家付费用户。Current 通信公司则在辛辛那提开展业务，价格为每月 27 美元。
值得注意的是，在 ComTek 的个案中，这种部署已不是单纯的互联网业务。马纳萨斯市公用事业部门正在利用智能网的优势控制交通信号灯，连接远程监控各变电所的摄像头，以及自动检测断电故障。该市也正在探索发展自动读表业务。
然而，BPL 最终将面临一个有线电缆和 DSL 不会遇到的问题。BPL 系统需要在为用户供电的变压器处安装一个网桥/路由器。一般一台普通变压器只为6至8家用户供电。如果其中只有一户购买了互联网接入服务，网桥费用就很高。电缆与 DSL 则无需这种设备。事实上，当有线电缆和 DSL 服务供应商发现针对很多客户的投资不能获得收益时，他们就可以不提供服务了。也许 BPL 会赢得这些类型的客户。但是 BPL 服务供应商是否有能力为这些被其他宽带供应商放弃的客户提供服务呢？
BPL 回程
BPL（电力线传送宽带）的部署仍然要依赖于某些高速回程网络的成功。在 LV（低电压）BPL 网络中，在变压器和家庭间只有电力线承载数据流。在中电压系统中，数据在电力线上传送得更远，但该系统仍必须在某一点连入电信的基础设施。
在马纳萨斯市，轰轰烈烈的城际 BPL部署的基础是过去五年来所建立的环城光纤网。正是该网络通过中压线路和低压线路将数据从变电所传入用户家中。
摩托罗拉正在提供仅 LV的 BPL。LV 系统要铺设光纤至服务区域，成本相对较高。但摩托罗拉正在用它的 Canopy 定点无线方案解决回程问题。Canopy 可以用于多个无需许可的频段，采用点对点或点对多点的结构。该业务类似于 WiMax，一旦 WiMax 规格稳定下来，摩托罗拉将会使 Canopy 转向 WiMax 标准。Powerline LV 系统有一根 Canopy 天线，接收机在变压器所在电线杆上，馈送给 LV BPL 网桥。