1 引 言
电力网作为电能输送的专用网络，是国家基础网络之一。其网络的建设质量、机械强度、路权通道、安全经济技术指标等都是经过反复论证合理优化的。它的覆盖面之广、容量之大是任何网络都不能相比的。所以，这样的电力网就是一种优质的不可多得的资源。如果对这一优质的网络资源（杆塔、导线、沟道、路由、通道、路权及其它金属材料等）进行充分的开发和利用，毫无疑问它将成为全社会的一个公共传输网络。这一网络资源可以说是一座待开发的“金矿”。
因此，像日本、德国、美国、以色列、韩国等发达国家对此己进行了数年的研究，我国也在此行列之中。全世界一直不遗余力地研究电力线网络的再开发再利用技术，就是因为电力网这一优质的网络资源除了能给工农业生产和人们的工作生活及全社会输送强大的电能外，还能同时作为一个十分优质的、且有很好各项指标的、高速宽带通信网络的基础设施。如果真正做到了电力网的物尽其用，那么人类社会的信息产业网络化建设就会更加高速、经济、优质。同时会因此带来巨大的社会效益和经济效益。所以，全世界都特别关注这一巨大而优质的网络资源，他们正在利用科学技术欲使电力网资源再次造福人类。
2 电力线上网的研究现状
各公司都推出了各自先进的电力线通信技术（英文Power Line Communication），简称PLC，也就是我们一般所说的用电力线上网。电力线上网，实际上就是利用电力线载波通信技术和电力线的入户功能来实现多媒体数据的网络化传输。但这种方式从传输媒质上来讲，与电话线上网并没有区别，都是利用金属导线作为传输媒质，不同的只是两者所适应的传输频率不同(PLC一般为17 ～30MHz)。而电力线上网除了其它技术难题外，还有两大问题始终得不到根本性的解决，一是无屏蔽措施的电力线在传输高频电信号时会像发射天线一样对空间产生高频电磁辐射，二是与电信网的铜绞线一样存在“最后一公里”或者“最后一百米”问题。尽管一些研究资料称：电力线上网最高理想速度可达到每秒2兆比特，比ISDN方式快30倍。一些国家还语出惊人：电力线上网最高的理论速度可达每秒200兆比特。但也有资料指出：现在所有关于电力线上网速度的研究数据，都只是一种理论值，而且指的是一种共享的带宽，如果将这些资源分配到每一个具体的用户桌面，就成了窄带的概念。有消息称：包括西门子公司在内的多家国际化大公司最近突然宣布，搁置电力线上网项目的研究开发。据说是因为电力线上网不能实现高质量的数据传输。电力线上网就是铜线上网，在铜线上不可能无限制的提升传输数据通讯容量的潜能。所以，目前众说纷纭的电力线上网技术，要想进入实用化、产业化还有较长的路要走。在我国现有技术条件下实现电力线上网，很难解决电网负荷多变、谐波干扰以及其它电磁信号和数据传输信号之间的互相干扰问题。有一份资料说：德国无线电爱好者对电力线上网的电磁幅射问题忧心忡忡，并在互联网上制作了“反对电力线上网”的主页。而且西方一些国家的法律，也对此做了相关限制性规定。日本总务省于7月31日召开了第5次“电力线传输通信设备研究会”，并对缓和电力线高速通信(PLC)限制议案做出了最终结论。结论是，在目前的PLC调制解调器及电力线的前提下，对数Mbit/秒以上的高速PLC所需频率进行商业开放存在困难，但是如果是用于试验目的，将根据具体情况而定。
尽管电力线上网是一种全新的宽带上网方式，但认真追溯起来，其实通过电力线通讯已经有十几年的发展历史，早在1990年英国Norweb通讯公司就开始对电力线载波通讯进行研究，随后Norweb通讯公司又与加拿大北电网络联手，共同开发这项新技术，并且于1998年就已成功地进行了采用传统的输电线路进行Internet接入的试验。2001年3月德国电力工业巨头RWE公司和它的合作伙伴瑞士的Ascom发起一项名PowerNet的计划。根据这项计划，两家公司将向大约20， 000用户提供这种利用电源线路的互联网接入服务。在我国，电力线上网的试验工作从2001年12月份就开始了，尽管最初参与试验的用户只有7户，但这标志着中国电力线上网运用的一个开端。当时使用的是国外的产品，这一试验的目的是为了验证中国的低压配电线路是否适合电力线上网的应用和推广。小范围内试验结果证明，目前家电的使用不会影响到上网的速率，因为上网所使用的频率和家电使用的频率不是同一个传输频段。最近，我国福建省的有关部门在北京善果胡同开辟的宽带小区网中进行试验，试验的内容主要为这个小区的24户居民安装了高速电力调制解调器，利用这种技术帮助用户接入因特网，并对网络的传输速度进行了测试，发现其传输速率可以达到10M，而且经过半个月时间的测试，发现该系统工作稳定、数据传输流畅，获得小区居民的普遍欢迎。
3 电力线上网的原理分析
电力线上网的关键技术是PLC传输技术，它是专门为提供端到端接入而设计的。该项技术涉及的内容贯穿了从家用电源插座和最终用户终端到电信网络入口点的整个过程。
PLC技术包括的主要内容有：
★ 电力线网络单元（PNU）：它主要负责控制电力线网络，并完成单元配电网集成话务的任务，同时还通过适当的电信干线接口，将话务传至馈电网络。
★ 电源线网络终端（PNT）：它是为终端用户PC 或其它用户提供的接口。
★ 偶合设备（CouplingUnit）：它是用以将信号传入线路并过滤噪音，使PC可以直接在网上运行。
★ 正交频分多路复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM技术）：
它可以提高电力线网络传输质量，提供高带宽并且保证带宽传输效率，其纠错技术可以确保可靠的数据传输。配电网是一种共享介质，所有与之相连的用户都共享同一“电缆”，在典型的城市配置中，一般一个变压器要与大约100到200个用户相连。在这种情况下，PLC系统能够在1Mbps的最佳传输速率下支持80个用户。
大家知道，因特网是由分布在世界各地数以万计的各种规模的计算机网络，使用 TCP/IP协议（传输控制协议/网间协议），借助网络互联设备——路由器，互相连接形成全球通信的数据网络集体，目前已连接180多个国家和地区。因特网的物理结构主要是由通信线路、路由器、服务器及客户机组成，其中通信线路是Internet的基础设施，各种各样的通信线路将 Internet中的路由器、服务器、计算机连接起来，通信线路主要分为两类：一类是有线线路，包括光纤，同轴电缆，双绞线等；另一类是无线线路，如：卫星，无线电等。而路由器是Internet 中最为重要的设备之一，当数据从一个网络传输到路由器时，路由器需要根据所要达到的目的地，为其选择一条最佳路径，指明数据应该沿着哪个方向传输。如果所选路径比较拥挤，路由器负责指挥数据排队等待。接入因特网的主机通常可以分为两类，即服务器和客户机。所谓服务器就是 Internet服务与信息资源的提供者，客户机则是Internet服务与信息资源的使用者。作为服务器的主机要求具有较高的性能和较大的存储容量，而作为客户机的主机，一台普通的计算机即可。服务器借助于服务器软件向用户提供服务和管理信息资源，用户通过客户机中各类Internet服务软件访问Internet上的服务和资源。
用户在使用程序访问Internet所提供的服务之前，必须首先把自己的计算机接入Internet。用户的计算机一旦接入Internet，便成为Internet 中的一员，可以访问Internet中的各类服务及丰富的信息资源，这就需要ISP（ Internet服务提供者）。ISP位于Internet边缘，用户通过某种通信线路连接到 ISP，借助于ISP与Internet的连接便可以接入Internet。当前电力线上网还不具备ISP的能力，而从通信角度讲电力线上网只是从电信网上获取和发送信息，是全国通信网的一种接入网。由于电力线网覆盖范围广泛，接入操作比较简单，利用现有的电力网网络资源，将用户通过高带宽、高质量的接入方式接入到高速、大容量的骨干网上，在技术上是可行的，随着新技术的发展，家庭用户端接入方案越来越趋于实际，一旦条件成熟，基于电力线的因特网服务将势不可挡。
4 电力线上网的特点
作为一项新的宽带接入方式，电力线上网目前已经普遍受到关注，因为它不需要重新铺设光纤光缆建设网络，可以充分利用现在的电力系统的资源。很长时间内，人们对电力线上网充满了期待，因为这种上网方式具有以下几种特点：
41 投资很少
由于电力线上网是以电力线路为传输通道，因此电力线上网可以充分利用现有的配电网络基础设施，无需任何布线，从而可以节省巨大的新增投资。目前，我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路，全国500kV和330kV的电力线路长达25094 16千米，220kV线路10734806千米，加上110kV线路共计310000千米，可绕地球近8圈。我国目前电话用户不到3亿，但用电用户已超过10亿，显然这连接10亿用户的既存电力线是提供上网服务的巨大物质基础，直接在覆盖全国的电力网络上架构互联网连接将比现在铺设光纤的方式节省大量的人力和物力。
42 连接方便
现在220V低压电力线几乎已经接入每一个普通家庭中，因此家庭用户在需要宽带上网时，就可以利用电力线来轻松实现因特网接入，不需要重新添置其他什么设备，只需在事先安装好的万能插座上插入电源插头即可方便连接到因特网中，所以电力线上网技术也被认为是提供“最后一公里”解决方案最具竞争力的技术之一。
43 传输速率高
家庭用户通过电力调制解调器连接到电力网上后，能够获得不错的数据传输速率，信息传送速度可达到10Mbps；而且能够将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。
44 有安全性
许多人认为利用电力线上网，可能会经常出现触电事故，因此电力线上网会有安全隐患；其实用户大可不必担心，因为用户操作端与电力线输出端已经通过电力调制解调器进行了隔离，不可能出现触电事故。
45 使用范围广
在未来的宽带接入服务市场，电力线上网将占有一席之地。在市场需求旺盛的城市，随着电力线上网技术的完善，电力线上网将逐步渗透城区各个角落，这对现有的宽带运营商来说将是一个很大的挑战。在广阔的农村地区，电力线上网也具有一定的优势，毕竟，电力网规模之大，是其他任何网都不可比拟的。但是电力部门不会将目标锁定农村市场，因为通信业发展是靠市场需求驱动的，而农村的上网需求量并不大。
5 电力线通信用于接入方案
电力线通信是接入网的一种替代方案，这对网络运营商非常重要，其原因在于：
1 通信市场有50％的投资用于接入网；
2 在很多国家，电信管制解除后，接入网的线路资源归还以往运营商所拥有，新兴运营商于是试图寻找一种新的解决方案，向用户提供网络接入服务，以打破传统运营商对最后一公里的垄断；
3 新型电信业务的快速发展导致了接入网传输容量需求的急剧增加。
目前，开展接入网业务有两种方式：一种是建立新的网络，另一种是利用已有的线路资源。第一种方式可通过无线、新铺电缆或光纤等方法实现，无线方式需要射频转换的硬件，由于成本较高，难以得到大面积推广，只能作为有线接入的一种补充；新铺电缆或光纤需要重新布线，费时费力，并给用户带来诸多不便。因此，利用现有线路资源是比较理想的解决方式。
现有线路资源主要有：电话线、有线电视网和电力线。电话线和有线电视网的接入线路资源归传统的运营商所拥有，而且相对于电力线而言，其线路覆盖范围要小得多。在国内，除了特别偏僻的山区外，电力线几乎无所不在，在每个家庭的每个房间，至少都有一个以上的电源插座，这对开展接入业务而言非常方便。
在室内组网方面，计算机、打印机、电话和各种智能控制设备都可通过普通电源插座，由电力线连接起来，组成局域网。现有的各种网络应用：如话音、电视、多媒体业务、远程教育等，都可通过电力线向用户提供，以实现接入和室内组网的多网合一。因此，电力线通信在家庭组网和接入等方面将大有可为。电力线通信将在一个较短的时间内，达到数十亿美元的产值，而且会像20世纪50年代的电视那样，影响每个家庭。
当然，电力线通信的环境比电话线和有线电视网要恶劣得多。
电力线接入是把户外通信设备插入到变压器用户侧的输出电力线上，该通信设备可以通过光纤与主干网相连，向用户提供数据、语音和多媒体等业务。在通信设备内部，高频网络信号与50/60Hz低频电信号一起，耦合到用户端电力线上，由此可把通信网、电力输送网和用户驻地网连接起来。户外设备与各用户端设备之间的所有连接都可看成是具有不同特性和通信质量的信道，如果通信系统支持室内组网，则室内任两个电源插座间的连接都是一个通信信道。因此，低压电力网有多个通信信道。通信质量的好坏与通信信道直接相关，很大程度上取决于接收端的噪音水平和不同频率信号的衰减。噪音越大，在接收端将越难提取出有用的信号；同样，如果信号从发送端到接收端的传输过程中发生衰减，在接收端，信号可能被淹没在噪音之中，也很难提取出有用的信号。
电力线通信的噪音主要来源于与低压电网相连的所有负载以及无线电广播的干扰等，由于负载的开关会引起电力线上电流的波动，使得电力线的周围会产生电磁辐射，所以，沿电力线传送数据时，会出现许多意想不到的问题。另外，信号衰减与信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配情况有关，由于低压电网上负载的开关是随机的，因此，其阻抗是随时间而变化的，很难进行匹配。所以，电力线通信的环境极为恶劣，在这样恶劣的环境下，很难保证数据传输的质量，必须采用许多相关的技术加以解决。
6 电力线上网的发展前景
61 电力线上网面临的问题
电力线上网作为一个新生事物进军宽带市场，虽然具有以上介绍的几方面特点，但必须肯定的是，电力线上网的发展还有很长一段路程要走，因为它还存在下面几个主要困难：
★ 使用费用高
现在大部分电力线上网的用户都是通过电力调制解调器实现的，而目前这种特殊的调制解调器的价格在800元至1200元之间，这与目前中国电信的入网接入成本相比，显得有点偏高，而且随着电信运营商的上网资费逐步下调，电力线上网如不能解决设备、网络运营的成本高等问题，制定低的资费标准，只是依赖电力的网络优势，是不具备竞争力的。
★ 通信不稳定
电力线上网很难保证数据通信的稳定性，因为电力系统的基础设施，无法提供高质量的数据传输服务，且每一个家庭的用电量都比较复杂，用电负荷不断变化。当在电线上还在传送数据，电压的变化肯定会带来干扰，从而影响上网的质量。而且，使用电力线上网可能还会发生一些不可预知的麻烦，如家庭电器产生的电磁波会对信息的传输产生干扰，利用电力线上网也会影响短波收音机的信息接收等。
62 电力线上网发展备忘录
早在1990年英国Norweb通讯公司就开始对电力线载波通讯进行研究。1995年，该公司又与加拿大北电网络联手，共同开发这项新技术。1998年就已成功地进行了采用传统的输电线路进行Internet接入的试验。
2000年4月由思科、英特尔、惠普、松下和夏普等 13家公司组成的“家庭插电联盟”(HomePlug Powerline Alliance，简称HPA)，致力于创造共同的家用电线网络通信技术标准。此后，“家庭插电联盟”发布了该标准的第1个版本Home－Plug 10。 在电力线家庭网络中，只需在事先安装好的万能插座上插入电源插头即可构筑起LAN。
2001年3月德国电力工业巨头RWE公司和它的合作伙伴瑞士的Ascom发起一项名PowerNet的计划。根据这项计划，两家公司将向大约20，000用户提供这种利用电源线路的互联网接入服务。
2001年5月，日本60家有关企业设立联合机构“电线载波通信设备开发部会”，研究用输电线做通信线路的技术。
最近，我国福建省电力试验研究院研制成功“数字化输电线路技术”的核心产品——电力调制解调器及多个相关产品，其传输速率达到10M。同时国电通信中心采用国内外电力线通信(PLC)组网设备，在北京某生活小区成功地进行了lnternet接入试验，并获得了较理想效果。
以上的进展表明电力线上网已经走出试验室，开始趋于成熟走向应用，开始展示出自身的优势。
事实上从广义上来讲电力线上网从层次上可分为中压配电网、低压配电网和家庭内部网络。家庭内部网络是指通过电力线组建高速LAN；低压配电网是指从中压变电站到用户电表的一点对多点通信，解决Internet“最后一公里”问题；中压配电网主要从中压变电站到主要变电站。 由于电线通信的费用仅为利用光纤通信电缆互联网服务的60％至70％，并且不必支付使用线路费，从而大大降低了通信费用，据称目前实验室的最高通信速率可达到2.5Gb/s。如果该技术得到广泛的应用，那么将极大的影响电信市场。
