齊淑清 (國電通信中心)
電力線通信(Power Line Communication)技術簡稱為PLC技術，是目前發展前景十分看好的寬帶接入技術，是利用配電網低壓線路傳輸高速數據、話音、圖象等多媒體業務信號的一種通信方式。研究開發此項技術，對于充分利用電力設施，發揮電力資源優勢，發展電力通信產業，為電力企業提供進入電信公共服務的技術手段，為電信用戶提供方便的價格合理的寬帶接入(訪問Internet)手段，實現數據、語音、視頻和電力的“四網合一”，具有十分廣闊的前景。早在20世紀90年代初，一些國家開始在這方面進行研究，由于技術不成熟，發展速度緩慢。進入21世紀以來，PLC芯片技術有所突破，此項技術的發展速度明顯加快，目前正朝著實用化方向發展。
一、國外PLC技術的發展與現狀
英國NORWEB通信公司在1990年就開始研究此項技術，1996年9月在CIGRE大會期間向各國代表展示了技術原理和演示產品，提供了在曼切斯特進行20戶小范圍試驗的錄像資料，傳輸速率達到1Mbps ，但僅進行了小規模現場試驗，未能得到推廣；1998年，美國lntelogis公司推出了passPort商業化PLC產品，用于戶內聯網，最高速率為350kbps。由于技術不成熟，亦未能大規模商用，以使PLC技術在研究和改進中發展。到2001年初，PLC專用芯片制造技術的進展明顯加速，美國lntellon公司用于戶內聯網的14Mbps芯片達到實用水平；歐洲西班牙DS2公司的芯片速率也達到45Mbps；隨之，許多國家的研究機構開展了PLC技術的研究和開發，如美國的Intellon、Inari(Intelogis)、ITRAN等公司，韓國的Xeline公司，歐洲的ASCOM、Polytrax等公司，PLC芯片的傳輸速率從1Mbps發展到2Mbps、14Mbps、45Mbps。
瑞士ASCOM公司1998年開始進入PLC技術研究領域，1999年在德國RWE公司實驗取得成功，2000年與歐洲、東南亞以及拉丁美洲的20個大型企業或電信運行商聯合建設了實驗系統，試驗的用戶數超過2000個，并全部取得了成功。
德國RWE電力線通信公司（RWE Powerline GmbH）從1997年開始與瑞士ASCOM公司合作開發PLC產品，1999年漢諾威展覽會上展出了樣機，2000年5月開始進行200戶的現場試驗。2000年11月起在德國埃森RWE Plug公司總部大廳開放PLC演示樣板間。2001春季推出了RWE PowerNet（PLC上網）、RWE PowerSchool（PLC學校聯網）和RWE eHome（智能家庭自動化）三項業務及相應產品。自2001年7月1日起正式開始商用化，致力于德國電力線接入市場的運營、數字化家居的建設以及電力線數字學校的建設和運營。RWE電力線寬帶接入產品在德國的Essen(埃森)安裝了1500戶。從而使RWE公司成為世界上首家宣布實現PLC接入系統商業化運營的企業，同時德國也是迄今為止世界上唯一允許PLC進入商業化運行的國家，并頒布了有關法律（NB30）。RWE公司的PLC接入系統提供的數據服務是上行、下行對稱的，最大為2Mbps，為多用戶共享帶寬；德國電信的ADSL提供的是不對稱服務，下行為768Kbps, 上行為128 Kbps，為每個用戶專用帶寬。從最高接入速率上看，RWE的PLC系統下行接入速率比ADSL快3倍，上行速率快15倍。和ISDN相比，PLC的接入速率快70倍。2002年RWE計劃推出IP電話業務，并深入研究開展視頻會議、視頻點播、網上電視、網上廣播等業務。
韓國Xeline公司成立于1999年5月，它的前身是韓國Keyin Telecom公司。主要業務是開發、制造、銷售基于PLC的產品和網絡解決方案。在2001年3月在德國漢諾威舉辦的CeBIT 2001展覽會上，推出PLC產品解決最后一公里接入、家庭網絡應用解決方案。在韓國漢城建立了與互聯網相連接的示范點，實現了同步互聯網接入的家庭聯網、文件共享和MP3音樂播送。目前，該公司除在漢城外，還在德國、日本、美國、中國等地建設了PLC試驗點，產品傳輸速率從1Mbps到32Mbps。
隨著PLC技術的發展，相繼成立了相關的國際性PLC組織，例如：由3Com、AMD、Cisco Systems、Compaq、Intel、Motorola、Texas Instruments等13家公司組成了HomePlug電力線聯盟(HomePlug Powerline Alliance)、電力線通信技術論壇（PLC Forum）和電力線作為可供選擇的本地接入系統協會PALAS (Powerline as an Alternative Local Access)等。目前，HomePlug電力線聯盟已有90家公司參與該組織標準的制定工作，并已制定了第一個標準草案(HomePlug 1.0 specification)。這些組織正在研究PLC技術標準、市場推進和政府管制政策等問題。
二、我國PLC技術的現狀
我國研究PLC技術起步較晚，但發展速度較快。中國電力科學研究院自1997年開始研究PLC技術，主要考慮PLC技術用于低壓抄表系統，傳輸速率較低。1998年開發出樣機，并通過了試驗室功能測試，1999年在現場進行試運行，獲得了產品登記許可。1999年5月開始進行PLC系統的研究開發工作。主要對我國低壓配電網絡的傳輸特性進行了測試，并對測試結果進行了數據處理和分析，基本取得了我國低壓配電網傳輸特性和參數，為進行深入研究和系統開發提供依據。2000年開始引進國外的PLC芯片，研制了2Mbps的樣機，2001年下半年進行了小規模現場試驗，實驗效果良好。
深圳國電科技有限公司是國家電力公司直屬企業，2000年初就開始研制戶內PLC產品，目前，采用美國Intellon公司的14Mbps芯片研制的用于戶內聯網的PLC產品也在小范圍試驗。下一步準備采用DS2公司的45Mbps芯片，研制傳輸速率達到20Mbps的戶內PLC聯網設備。
福建省電力公司科技部2000年初立項，研究利用PLC技術控制家用電器的科技項目，2001年取得了一定進展，采用傳輸速率為10Kbps的PLC模塊，可控制家用熱水器、DVD等家電的開啟。目前，采用美國Intellon公司14Mbps芯片，正在研發傳輸速率達到10Mbps的PLC戶內家電控制產品。
國電通信中心為落實國電公司領導對PLC技術的研發應用進行統一組織、統一管理的要求，在國電公司科環部的支持下，加快了PLC技術應用的推進速度，于2001年9月在國家電力公司宿舍區建立了PLC實驗室，組織國內外PLC廠商的產品，分別進行測試試驗。首先采用韓國Xeline公司研制開發的32Mbps芯片的PLC組網設備，在北京居民小區進行Internet的接入試驗，在高層建筑（16層—23層）的14戶居民家中安裝了PLC調制解調器，每戶居民均實現了通過電力線上Internet網，試驗網絡運行穩定，家電的使用對上網基本沒有影響，上網靜態畫面穩定，動態畫面流暢，網頁登陸速度快，上網桌面速率達到2Mpbs，用戶反映良好。目前，試驗正在逐步擴大用戶數量。
三、PLC技術的應用模式
縱觀國內外PLC技術的應用，主要分為兩種模式，一種是以美國為代表的戶內聯網模式，利用室內電源線，實現家庭內部多臺計算機聯網及智能家用電器聯網，戶外訪問使用其它傳統的通信方式，這是因為美國ADSL(利用電話雙絞線傳輸高速數據，是一種不平衡傳輸方式，下行速率可達8Mbps以上，上行速率可超過2Mbps)、Cable Modem(利用有線電視電纜傳輸高速數據)等技術和產品已經比較成熟和普及。目前室內產品的較高速率是Intellon公司的PowerPacket達到14Mbps，ITRAN公司的ITM10達24Mbps，這些產品在國外均處于初級商用階段。國內深圳國電科技公司和福建省電力公司研制的產品均屬于戶內聯網設備。第二種是面向歐洲和亞太市場，用作戶外接入模式，具體是（光纜或其他高速通信手段已經連接到樓內總配電室）利用220/380V線路解決從樓內總配電室至每個住戶的通信接入，實現從配電變壓器到住戶的高速數據接入。由于兩種模式的使用環境不同，戶外接入模式從技術上實現起來難度較大，因此能夠提供該種方案的公司數量較少，主要有瑞士Ascom公司、韓國Xeline公司等。這兩家公司在歐洲的德國、奧地利、法國和亞洲的韓國、新加坡、香港、中國等建有實驗網絡。國內電力科學研究院和國電通信中心試驗用的產品屬于PLC接入設備。
四、PLC產品的關鍵技術和接入原理
電力線不同于普通的數據通信線路，當作為一種數據傳輸的媒介時，遇到許多干擾：首先，電力線上有許多不可預料的噪聲和干擾源，如吸塵器、開關電源、電冰箱、洗衣機等，其次，電力線通訊具有時間上不可控、不恒定的特點。與信號潔凈、特性恒定的Ethernet電纜相比，電力線上接入了很多電器、音響設備，這些設備任何時候都可以插入或斷開、開機或關閉電源，因而導致電力線的特性不斷地變化。為了克服各種干擾，電力線通信系統采用的調制技術主要是OFDM（正交頻分復用）、DMT（多載波調制）、擴頻及常規的QPSK，FSK等，為適應高速率的傳輸要求，多載波正交頻分復用將是解決傳輸頻帶利用率的有效方法（詳細技術不在這里贅述）。
用戶通過PLC Modem聯結到戶內電源插座，通過電力線聯接樓宇配電變壓器端的PLC主控設備，完成“最后一百米”的接入。用戶只需裝設一臺PLC-Modem，不用撥號，就能在線地接收和發送Internet信息。
PLC調制解調器主要由接口、調制解調和耦合等三部分組成。接口部分是指電力線調制解調器同用戶設備間的雙向數據傳輸的接口，這些接口包括同智能設備之間的RS-232接口、同計算機之間的RJ-45以太網接口或USB接口、同模擬電話之間的RJ-11接口。有些公司的產品兼顧到對不同種類設備的兼容性，包含了全部上述四種接口，目前，試驗用的產品以RJ-45口為主。調制解調部分由數字信號處理單元和相應的外圍電路組成。
五、PLC試驗系統組網方案
為了測試國外PLC產品在中國低壓配電網上是否適用，國電通信中心與韓國Xeline公司共同合作，由國電通信中心建立國內居民小區的典型測試環境，Xeline公司提供產品，對該公司生產的PLC網絡設備進行本地化測試。
樓宇配電間的PLC Master（PLC主控設備）的RJ45接口連接集線器、光收發器通過光纜到國電通信中心的中電飛華通信機房接入Internet出口。PLC Master串口的信號輸出經過耦合器，將信號耦合到電力線中，連接到每個用戶端的PLC Modem。用戶的PLC Modem的RJ45接口與PC機的網卡相連，從而實現PLC網絡接入。
PLC系統的組網方案采用光纖到樓+電力線通信的方式，利用PLC解決了用戶寬帶網的“最后一百米”接入。城域寬帶網光纖到樓，在樓下總配電間經過低壓電力線到各用戶房間。
PLC試驗網絡現已經連接14個用戶，網絡建成后，用戶都可以實現Internet的接入，每個用戶的最高速率可達2Mbps。用戶計算機通過PLC網絡高速接入Internet，可以迅速的瀏覽國內的搜狐、新浪等門戶網站，對于國外的網站，如美國、加拿大、甚至韓國Xeline公司的網站都可以較快的瀏覽網頁，較好的收看影視畫面。從Sina網站上直接點擊下載文件，下載速度也可達到800Kbps以上。用戶反映，PLC試驗網絡接入速度較快，遠遠超過普通撥號和ISDN，已超過ADSL的速率水平。
六、結束語
隨著互聯網在全球范圍的迅速發展和用戶對新業務服務要求的不斷增加，作為價格低廉、使用靈活方便、最終可提供電話、上網等服務的寬帶接入產品，PLC將會有巨大的發展空間。然而，進行PLC技術推廣，是一個系統工程，絕非只靠“引進”產品就能在短時間內解決。或許可以建立一個示范樓、甚至一個示范小區，但在大范圍內推廣使用還有一個過程。盡管PLC有覆蓋面廣、使用方便、不用布線、永久在線、價格合理、施工費少、設備簡單、安裝周期短等優勢。但迄今為止，還沒有大規模商用化PLC系統投入使用。其主要原因首先是法律上的，世界各國沒有建立成熟的PLC技術標準，另一方面沒有立法允許在電力線上經營Internet服務和電信服務。其次是服務上的，PLC技術提供的速率和服務質量還不穩定，沒有達到高質量電信服務標準。第三是技術上的，國外配電網結構與中國相比有很大區別，國外產品無法在中國直接使用，居民小區的低壓配電線路不夠規范，用戶裝修時電源布線水平不均，電源插座的質量不同，都給電力線寬帶接入的普及帶來了難題，都需要PLC技術在中國電網環境下進一步完善。根據目前技術上成熟度，可望在一到兩年內取得傳輸速率和服務質量上的重大突破，實現利用電力線寬帶接入網絡不僅訪問Internet的服務,還可為遠程視頻點播、家電遠程控制等數字化小區服務。
