齊淑清 (國電通信中心)
電力線通信(Power Line Communication)技術(shù)簡稱為PLC技術(shù)，是目前發(fā)展前景十分看好的寬帶接入技術(shù)，是利用配電網(wǎng)低壓線路傳輸高速數(shù)據(jù)、話音、圖象等多媒體業(yè)務(wù)信號(hào)的一種通信方式。研究開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)，對于充分利用電力設(shè)施，發(fā)揮電力資源優(yōu)勢，發(fā)展電力通信產(chǎn)業(yè)，為電力企業(yè)提供進(jìn)入電信公共服務(wù)的技術(shù)手段，為電信用戶提供方便的價(jià)格合理的寬帶接入(訪問Internet)手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻和電力的“四網(wǎng)合一”，具有十分廣闊的前景。早在20世紀(jì)90年代初，一些國家開始在這方面進(jìn)行研究，由于技術(shù)不成熟，發(fā)展速度緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)以來，PLC芯片技術(shù)有所突破，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展速度明顯加快，目前正朝著實(shí)用化方向發(fā)展。
一、國外PLC技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀
英國NORWEB通信公司在1990年就開始研究此項(xiàng)技術(shù)，1996年9月在CIGRE大會(huì)期間向各國代表展示了技術(shù)原理和演示產(chǎn)品，提供了在曼切斯特進(jìn)行20戶小范圍試驗(yàn)的錄像資料，傳輸速率達(dá)到1Mbps ，但僅進(jìn)行了小規(guī)模現(xiàn)場試驗(yàn)，未能得到推廣；1998年，美國lntelogis公司推出了passPort商業(yè)化PLC產(chǎn)品，用于戶內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，最高速率為350kbps。由于技術(shù)不成熟，亦未能大規(guī)模商用，以使PLC技術(shù)在研究和改進(jìn)中發(fā)展。到2001年初，PLC專用芯片制造技術(shù)的進(jìn)展明顯加速，美國lntellon公司用于戶內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的14Mbps芯片達(dá)到實(shí)用水平；歐洲西班牙DS2公司的芯片速率也達(dá)到45Mbps；隨之，許多國家的研究機(jī)構(gòu)開展了PLC技術(shù)的研究和開發(fā)，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(fā)展到2Mbps、14Mbps、45Mbps。
瑞士ASCOM公司1998年開始進(jìn)入PLC技術(shù)研究領(lǐng)域，1999年在德國RWE公司實(shí)驗(yàn)取得成功，2000年與歐洲、東南亞以及拉丁美洲的20個(gè)大型企業(yè)或電信運(yùn)行商聯(lián)合建設(shè)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)的用戶數(shù)超過2000個(gè)，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(fā)PLC產(chǎn)品，1999年漢諾威展覽會(huì)上展出了樣機(jī)，2000年5月開始進(jìn)行200戶的現(xiàn)場試驗(yàn)。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(wǎng)）、RWE PowerSchool（PLC學(xué)校聯(lián)網(wǎng)）和RWE eHome（智能家庭自動(dòng)化）三項(xiàng)業(yè)務(wù)及相應(yīng)產(chǎn)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(yùn)營、數(shù)字化家居的建設(shè)以及電力線數(shù)字學(xué)校的建設(shè)和運(yùn)營。RWE電力線寬帶接入產(chǎn)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(shí)現(xiàn)PLC接入系統(tǒng)商業(yè)化運(yùn)營的企業(yè)，同時(shí)德國也是迄今為止世界上唯一允許PLC進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行的國家，并頒布了有關(guān)法律（NB30）。RWE公司的PLC接入系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)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(wù)，下行為768Kbps, 上行為128 Kbps，為每個(gè)用戶專用帶寬。從最高接入速率上看，RWE的PLC系統(tǒng)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(jì)劃推出IP電話業(yè)務(wù)，并深入研究開展視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)上電視、網(wǎng)上廣播等業(yè)務(wù)。
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(yè)務(wù)是開發(fā)、制造、銷售基于PLC的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)解決方案。在2001年3月在德國漢諾威舉辦的CeBIT 2001展覽會(huì)上，推出PLC產(chǎn)品解決最后一公里接入、家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案。在韓國漢城建立了與互聯(lián)網(wǎng)相連接的示范點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了同步互聯(lián)網(wǎng)接入的家庭聯(lián)網(wǎng)、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(shè)了PLC試驗(yàn)點(diǎn)，產(chǎn)品傳輸速率從1Mbps到32Mbps。
隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，相繼成立了相關(guān)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(lián)盟(HomePlug Powerline Alliance)、電力線通信技術(shù)論壇（PLC Forum）和電力線作為可供選擇的本地接入系統(tǒng)協(xié)會(huì)PALAS (Powerline as an Alternative Local Access)等。目前，HomePlug電力線聯(lián)盟已有90家公司參與該組織標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并已制定了第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)草案(HomePlug 1.0 specification)。這些組織正在研究PLC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、市場推進(jìn)和政府管制政策等問題。
二、我國PLC技術(shù)的現(xiàn)狀
我國研究PLC技術(shù)起步較晚，但發(fā)展速度較快。中國電力科學(xué)研究院自1997年開始研究PLC技術(shù)，主要考慮PLC技術(shù)用于低壓抄表系統(tǒng)，傳輸速率較低。1998年開發(fā)出樣機(jī)，并通過了試驗(yàn)室功能測試，1999年在現(xiàn)場進(jìn)行試運(yùn)行，獲得了產(chǎn)品登記許可。1999年5月開始進(jìn)行PLC系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。主要對我國低壓配電網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性進(jìn)行了測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和分析，基本取得了我國低壓配電網(wǎng)傳輸特性和參數(shù)，為進(jìn)行深入研究和系統(tǒng)開發(fā)提供依據(jù)。2000年開始引進(jìn)國外的PLC芯片，研制了2Mbps的樣機(jī)，2001年下半年進(jìn)行了小規(guī)模現(xiàn)場試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(yè)，2000年初就開始研制戶內(nèi)PLC產(chǎn)品，目前，采用美國Intellon公司的14Mbps芯片研制的用于戶內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的PLC產(chǎn)品也在小范圍試驗(yàn)。下一步準(zhǔn)備采用DS2公司的45Mbps芯片，研制傳輸速率達(dá)到20Mbps的戶內(nèi)PLC聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
福建省電力公司科技部2000年初立項(xiàng)，研究利用PLC技術(shù)控制家用電器的科技項(xiàng)目，2001年取得了一定進(jìn)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(fā)傳輸速率達(dá)到10Mbps的PLC戶內(nèi)家電控制產(chǎn)品。
國電通信中心為落實(shí)國電公司領(lǐng)導(dǎo)對PLC技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一組織、統(tǒng)一管理的要求，在國電公司科環(huán)部的支持下，加快了PLC技術(shù)應(yīng)用的推進(jìn)速度，于2001年9月在國家電力公司宿舍區(qū)建立了PLC實(shí)驗(yàn)室，組織國內(nèi)外PLC廠商的產(chǎn)品，分別進(jìn)行測試試驗(yàn)。首先采用韓國Xeline公司研制開發(fā)的32Mbps芯片的PLC組網(wǎng)設(shè)備，在北京居民小區(qū)進(jìn)行Internet的接入試驗(yàn)，在高層建筑（16層—23層）的14戶居民家中安裝了PLC調(diào)制解調(diào)器，每戶居民均實(shí)現(xiàn)了通過電力線上Internet網(wǎng)，試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，家電的使用對上網(wǎng)基本沒有影響，上網(wǎng)靜態(tài)畫面穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)畫面流暢，網(wǎng)頁登陸速度快，上網(wǎng)桌面速率達(dá)到2Mpbs，用戶反映良好。目前，試驗(yàn)正在逐步擴(kuò)大用戶數(shù)量。
三、PLC技術(shù)的應(yīng)用模式
縱觀國內(nèi)外PLC技術(shù)的應(yīng)用，主要分為兩種模式，一種是以美國為代表的戶內(nèi)聯(lián)網(wǎng)模式，利用室內(nèi)電源線，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)及智能家用電器聯(lián)網(wǎng)，戶外訪問使用其它傳統(tǒng)的通信方式，這是因?yàn)槊绹鳤DSL(利用電話雙絞線傳輸高速數(shù)據(jù)，是一種不平衡傳輸方式，下行速率可達(dá)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(shù)據(jù))等技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟和普及。目前室內(nèi)產(chǎn)品的較高速率是Intellon公司的PowerPacket達(dá)到14Mbps，ITRAN公司的ITM10達(dá)24Mbps，這些產(chǎn)品在國外均處于初級商用階段。國內(nèi)深圳國電科技公司和福建省電力公司研制的產(chǎn)品均屬于戶內(nèi)聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(jīng)連接到樓內(nèi)總配電室）利用220/380V線路解決從樓內(nèi)總配電室至每個(gè)住戶的通信接入，實(shí)現(xiàn)從配電變壓器到住戶的高速數(shù)據(jù)接入。由于兩種模式的使用環(huán)境不同，戶外接入模式從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來難度較大，因此能夠提供該種方案的公司數(shù)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(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。國內(nèi)電力科學(xué)研究院和國電通信中心試驗(yàn)用的產(chǎn)品屬于PLC接入設(shè)備。
四、PLC產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)和接入原理
電力線不同于普通的數(shù)據(jù)通信線路，當(dāng)作為一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇闀r(shí)，遇到許多干擾：首先，電力線上有許多不可預(yù)料的噪聲和干擾源，如吸塵器、開關(guān)電源、電冰箱、洗衣機(jī)等，其次，電力線通訊具有時(shí)間上不可控、不恒定的特點(diǎn)。與信號(hào)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(shè)備，這些設(shè)備任何時(shí)候都可以插入或斷開、開機(jī)或關(guān)閉電源，因而導(dǎo)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(tǒng)采用的調(diào)制技術(shù)主要是OFDM（正交頻分復(fù)用）、DMT（多載波調(diào)制）、擴(kuò)頻及常規(guī)的QPSK，F(xiàn)SK等，為適應(yīng)高速率的傳輸要求，多載波正交頻分復(fù)用將是解決傳輸頻帶利用率的有效方法（詳細(xì)技術(shù)不在這里贅述）。
用戶通過PLC Modem聯(lián)結(jié)到戶內(nèi)電源插座，通過電力線聯(lián)接樓宇配電變壓器端的PLC主控設(shè)備，完成“最后一百米”的接入。用戶只需裝設(shè)一臺(tái)PLC-Modem，不用撥號(hào)，就能在線地接收和發(fā)送Internet信息。
PLC調(diào)制解調(diào)器主要由接口、調(diào)制解調(diào)和耦合等三部分組成。接口部分是指電力線調(diào)制解調(diào)器同用戶設(shè)備間的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌�，這些接口包括同智能設(shè)備之間的RS-232接口、同計(jì)算機(jī)之間的RJ-45以太網(wǎng)接口或USB接口、同模擬電話之間的RJ-11接口。有些公司的產(chǎn)品兼顧到對不同種類設(shè)備的兼容性，包含了全部上述四種接口，目前，試驗(yàn)用的產(chǎn)品以RJ-45口為主。調(diào)制解調(diào)部分由數(shù)字信號(hào)處理單元和相應(yīng)的外圍電路組成。
五、PLC試驗(yàn)系統(tǒng)組網(wǎng)方案
為了測試國外PLC產(chǎn)品在中國低壓配電網(wǎng)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(nèi)居民小區(qū)的典型測試環(huán)境，Xeline公司提供產(chǎn)品，對該公司生產(chǎn)的PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行本地化測試。
樓宇配電間的PLC Master（PLC主控設(shè)備）的RJ45接口連接集線器、光收發(fā)器通過光纜到國電通信中心的中電飛華通信機(jī)房接入Internet出口。PLC Master串口的信號(hào)輸出經(jīng)過耦合器，將信號(hào)耦合到電力線中，連接到每個(gè)用戶端的PLC Modem。用戶的PLC Modem的RJ45接口與PC機(jī)的網(wǎng)卡相連，從而實(shí)現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)接入。
PLC系統(tǒng)的組網(wǎng)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(wǎng)的“最后一百米”接入。城域?qū)拵ЬW(wǎng)光纖到樓，在樓下總配電間經(jīng)過低壓電力線到各用戶房間。
PLC試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已經(jīng)連接14個(gè)用戶，網(wǎng)絡(luò)建成后，用戶都可以實(shí)現(xiàn)Internet的接入，每個(gè)用戶的最高速率可達(dá)2Mbps。用戶計(jì)算機(jī)通過PLC網(wǎng)絡(luò)高速接入Internet，可以迅速的瀏覽國內(nèi)的搜狐、新浪等門戶網(wǎng)站，對于國外的網(wǎng)站，如美國、加拿大、甚至韓國Xeline公司的網(wǎng)站都可以較快的瀏覽網(wǎng)頁，較好的收看影視畫面。從Sina網(wǎng)站上直接點(diǎn)擊下載文件，下載速度也可達(dá)到800Kbps以上。用戶反映，PLC試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)接入速度較快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通撥號(hào)和ISDN，已超過ADSL的速率水平。
六、結(jié)束語
隨著互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍的迅速發(fā)展和用戶對新業(yè)務(wù)服務(wù)要求的不斷增加，作為價(jià)格低廉、使用靈活方便、最終可提供電話、上網(wǎng)等服務(wù)的寬帶接入產(chǎn)品，PLC將會(huì)有巨大的發(fā)展空間。然而，進(jìn)行PLC技術(shù)推廣，是一個(gè)系統(tǒng)工程，絕非只靠“引進(jìn)”產(chǎn)品就能在短時(shí)間內(nèi)解決。或許可以建立一個(gè)示范樓、甚至一個(gè)示范小區(qū)，但在大范圍內(nèi)推廣使用還有一個(gè)過程。盡管PLC有覆蓋面廣、使用方便、不用布線、永久在線、價(jià)格合理、施工費(fèi)少、設(shè)備簡單、安裝周期短等優(yōu)勢。但迄今為止，還沒有大規(guī)模商用化PLC系統(tǒng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，另一方面沒有立法允許在電力線上經(jīng)營Internet服務(wù)和電信服務(wù)。其次是服務(wù)上的，PLC技術(shù)提供的速率和服務(wù)質(zhì)量還不穩(wěn)定，沒有達(dá)到高質(zhì)量電信服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。第三是技術(shù)上的，國外配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與中國相比有很大區(qū)別，國外產(chǎn)品無法在中國直接使用，居民小區(qū)的低壓配電線路不夠規(guī)范，用戶裝修時(shí)電源布線水平不均，電源插座的質(zhì)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(shù)在中國電網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)一步完善。根據(jù)目前技術(shù)上成熟度，可望在一到兩年內(nèi)取得傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量上的重大突破，實(shí)現(xiàn)利用電力線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)不僅訪問Internet的服務(wù),還可為遠(yuǎn)程視頻點(diǎn)播、家電遠(yuǎn)程控制等數(shù)字化小區(qū)服務(wù)。
