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)信號的一種通信方式。研究開發(fā)此項技術(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格合理的寬帶接入(訪問Internet)手段，實現(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90年代初，一些國家開始在這方面進行研究，由于技術(shù)不成熟，發(fā)展速度緩慢。進入21世紀以來，PLC芯片技術(shù)有所突破，此項技術(shù)的發(fā)展速度明顯加快，目前正朝著實用化方向發(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年就開始研究此項技術(shù)，1996年9月在CIGRE大會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(guī)�，F(xiàn)場試驗，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)在研究和改進中發(fā)展。到2001年初，PLC專用芯片制造技術(shù)的進展明顯加速，美國lntellon公司用于戶內(nèi)聯(lián)網(wǎng)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(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年開始進入PLC技術(shù)研究領(lǐng)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(yè)或電信運行商聯(lián)合建設(shè)了實驗系統(tǒng)，試驗的用戶數(shù)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(fā)PLC產(chǎn)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(xiàn)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(wǎng)）、RWE PowerSchool（PLC學(xué)校聯(lián)網(wǎng)）和RWE eHome（智能家庭自動化）三項業(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現(xiàn)PLC接入系統(tǒng)商業(yè)化運營的企業(yè)，同時德國也是迄今為止世界上唯一允許PLC進入商業(yè)化運行的國家，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計劃推出IP電話業(yè)務(wù)，并深入研究開展視頻會議、視頻點播、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，實現(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試驗點，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(shù)標準、市場推進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，并通過了試驗室功能測試，1999年在現(xiàn)場進行試運行，獲得了產(chǎn)品登記許可。1999年5月開始進行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)的傳輸特性進行了測試，并對測試結(jié)果進行了數(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)，為進行深入研究和系統(tǒng)開發(fā)提供依據(jù)。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(guī)�，F(xiàn)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(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。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(nèi)PLC聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
福建省電力公司科技部2000年初立項，研究利用PLC技術(shù)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(fā)傳輸速率達到10Mbps的PLC戶內(nèi)家電控制產(chǎn)品。
國電通信中心為落實國電公司領(lǐng)導(dǎo)對PLC技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用進行統(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)用的推進速度，于2001年9月在國家電力公司宿舍區(qū)建立了PLC實驗室，組織國內(nèi)外PLC廠商的產(chǎn)品，分別進行測試試驗。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(diào)制解調(diào)器，每戶居民均實現(xiàn)了通過電力線上Internet網(wǎng)，試驗網(wǎng)絡(luò)運行穩(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，動態(tài)畫面流暢，網(wǎng)頁登陸速度快，上網(wǎng)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(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，實現(xiàn)家庭內(nèi)部多臺計算機聯(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，這是因為美國ADSL(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達到14Mbps，ITRAN公司的ITM10達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)總配電室至每個住戶的通信接入，實現(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、中國等建有實驗網(wǎng)絡(luò)。國內(nèi)電力科學(xué)研究院和國電通信中心試驗用的產(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，當作為一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇闀r，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(shè)備，這些設(shè)備任何時候都可以插入或斷開、開機或關(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PLC-Modem，不用撥號，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)慕涌冢@些接口包括同智能設(shè)備之間的RS-232接口、同計算機之間的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)字信號處理單元和相應(yīng)的外圍電路組成。
五、PLC試驗系統(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房接入Internet出口。PLC Master串口的信號輸出經(jīng)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(wǎng)卡相連，從而實現(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試驗網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已經(jīng)連接14個用戶，網(wǎng)絡(luò)建成后，用戶都可以實現(xiàn)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(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)站上直接點擊下載文件，下載速度也可達到800Kbps以上。用戶反映，PLC試驗網(wǎng)絡(luò)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(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將會有巨大的發(fā)展空間。然而，進行PLC技術(shù)推廣，是一個系統(tǒng)工程，絕非只靠“引進”產(chǎn)品就能在短時間內(nèi)解決。或許可以建立一個示范樓、甚至一個示范小區(qū)，但在大范圍內(nèi)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(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)標準，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，沒有達到高質(zhì)量電信服務(wù)標準。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),還可為遠程視頻點播、家電遠程控制等數(shù)字化小區(qū)服務(wù)。
