電力系統架構的不同將影響PLC建置,為了進一步了解PLC在台灣的可行性,台電已與國內電信相關業者共同建立測試系統,深入探討相關技術。實驗發現許多重要結論,例如低壓PLC會隨著負載所造成的電力線品質污染,而影響通訊品質;一般商業大樓5MHz以下干擾較多,而在10M~25MHz之間頻段的通訊品質較佳;中壓與低壓系統連接時,則不適用多時分工(TDM)中繼器,必須將兩系統獨立分開。
電力系統架構的不同將影響PLC建置,為了進一步了解PLC在台灣的可行性,台電已與國內電信相關業者共同建立測試系統,深入探討相關技術。實驗發現許多重要結論,例如低壓PLC會隨著負載所造成的電力線品質污染,而影響通訊品質;一般商業大樓5MHz以下干擾較多,而在10M~25MHz之間頻段的通訊品質較佳;中壓與低壓系統連接時,則不適用多時分工(TDM)中繼器,必須將兩系統獨立分開。
拜通訊與電力電子技術突破之賜,這幾年來利用電力現通訊技術終於有了明顯進展,能夠提供寬頻上網的電力線通訊商業化產品已經上市。有鑑於此,台電綜合研究所已結合其他電信業者分別於商業大樓與一般住宅進行測試系統的建立,希望能夠建立方便、穩定、價格低廉與穩定性高的網路系統,充分發揮電力線的附加價值。
由於電力系統架構的不同將會影響電力線通訊建置,所以各國所建置的電力線通訊系統也各有差異。為了進一步了解PLC在台灣的可行性,台電綜合研究所與國內電信相關業者共同建立測試系統,以期能深入探討PLC相關技術。接下來針對測試系統規畫、裝置與各種測試結果提出報告與討論,以進一步了解PLC特性。
涵蓋中壓/低壓電力網路
一般來說,電力線通訊主要負責通訊網路中最後一哩的角色,相對應於電力系統則包括中壓(MV)與低壓(LV)部分。為了完整實際了解電力線通訊系統,本測試系統同時包含了中壓與低壓部分。由於希望了解電力線通訊在實際用戶的建置情形,台電分別與多家固網與ISP業者合作,於商業大樓與一般公寓住宅進行建置測試,其中與固網合作的測試系統架構如圖1所示,與ISP業者合作測試系統如圖2所示。
這些測試系統各測試設備(包含頭端、終端設備與耦合器等)的安裝情形如圖3~8所示,分別為室內低壓耦合器、中壓耦合器與屋外中繼器安裝實體圖。這些測試設備透過網際網路的連結,將可由位於台北市公館地區的台電綜合研究所網管中心進行遠端網路管理。
前文已經提到各測試系統的架構與安裝,接下來將針對各系統安裝後的測試提出探討。速博系統基本上分成低壓與中壓兩部分,低壓為速博大樓,中壓則為內湖某兩棟大樓之間的連接,此系統採用DS2第一代晶片設備(45Mbit/s),經過設備安裝後測試結果如表1與表2。
傳送功率分散與干擾影響傳輸速率
表1是速博大樓系統傳輸速率測試結果,分別於2、6與11樓進行測試,如前述,其中又分為兩段,一段從地下室到各樓層樓梯間,另一段是樓梯間至辦公室。從表中可看出第一段傳輸速率明顯低於第二段,原因是位於地下室的頭端設備注入點為整棟大樓,也就是傳送功率分散,另外加上訊號干擾,所以影響整個傳輸速率。
表2是速博中壓系統傳輸速率測試結果,此為內湖某兩棟大樓間的連接,中間經過一棟大樓但不放置任何中繼器,僅以耦合器做旁路(Bypass),經過多次測試,傳輸速率介於17M~21Mbit/s之間。
使用不同頻段使上/下傳速率不同
台固系統主要測試點是大樓6、7兩層樓,此系統採用DS2第一代晶片設備(45Mbit/s),測試結果如表3。表中所示為7樓內兩間辦公室測試結果,從表中可看出下傳速率遠大於上傳速率,這是因為上、下傳使用頻段不同,另外加上訊號干擾,所以影響到整個傳輸速率。
多個負載共用插座影響傳輸品質
亞太系統共有3個子系統:亞太固網辦公室,台北市區處與公館台電綜合研究所大樓。這3個子系統利用亞太固網內部網路連接形成一個網路,系統與設備安裝情形如圖6~8所示,經由各點測試後所得結果如圖9~12所示,此系統採用DS2第二代晶片設備(200Mbit/s)。
圖9~10所示為亞太固網辦公室測得結果,共分為3個測試點,圖9是同一地點的兩個插座,圖10則是另一地點插座。從3個測試結果可明顯發現,與其他負載共用一個插座會影響傳輸品質,但也能得到上下傳皆是71Mbit/s傳輸品質,若稍遠離其他負載,則能得到超過100Mbit/s傳輸品質。
圖11是台電綜合研究所4樓測試點傳輸速率與訊號/雜訊比,其中傳輸速率上傳為111Mbit/s,下傳為140Mbit/s。從訊號/雜訊比 Profile圖可發現,全段間訊號/雜訊比響應(3M~35MHz)只有5MHz左右的訊號/雜訊比不佳,所以可得到不錯的傳輸品質(超過 100Mbit/s)。
圖12是亞太系統第三個子系統測得結果,共有兩個測試點,一是台灣科技大學至北市區處中壓系統,一是北市區處配電室至配電大樓7樓。其中台科大至北市區處中壓系統傳輸速率下傳為45Mbit/s,上傳為17Mbit/s;另外北市區處配電室至配電大樓7樓下傳為155Mbit/s,上傳為 135Mbit/s。由此測試數據發現,中壓系統因為距離稍長(約700~800公尺),同時干擾嚴重,所以傳輸品質並不理想。不過,配電室至配電大樓7 樓則可得到不錯的傳輸品質(超過100Mbit/s)。
電感性耦合器可得較佳傳輸品質
此系統是一般住宅公寓,並非像3個固網系統是商業大樓,此測試系統坐落於台北市大安區某公寓住宅區,如圖8所示,此系統採用DS2第二代晶片設備 (200Mbit/s)。在此系統中分別於3個測試點進行測試,因為此系統中壓部分共有4處連接在一起,在測試過程中因為發現連接與否將影響到測試結果,所以在測試進行中試圖將其解開進行測試。另外在耦合器部分,也分別以電感性與電容性耦合器進行測試,這些測試結果分別如表4~5所示。
本系統是一般住宅公寓,為了解不同設備間的差異性,此系統分別以兩種設備進行測試。表5以日本設備進行測試,此表分別於3個測試點,以電感性與電容性耦合器進行測試,測試結果得到於DC02有最佳傳輸品質(Tx:114Mbit/s,Rx:136Mbit/s),此為7層樓的電梯公寓。另外,其他測試點經由不同耦合方式,使用電感性耦合器可得到較佳的傳輸品質。
本系統除上述以兩種設備進行差異性測試外,耦合方式也不同。在此測試中,除了以電容性耦合器連接外,中性線亦以電感性耦合器耦合,經由不同方式連接後,得到測試結果如表6所示,其中最佳傳輸品質以X1-X3電容耦合加中性線一圈纏繞電感性耦合方式為最佳(Tx:165Mbit/s,Rx: 139Mbit/s)。
第二代PLC設備性能明顯改善
這項測試系統的前提,是針對電力線通訊技術於各種不同環境作測試探討與應用,不管從技術面或市場發展趨勢而言,電力線通訊確實值得注意,尤其目前最後一哩問題尚待突破之際,電力線通訊更有其潛力。從本次系統建置與測試後,發現以下結論。