齐淑清 (国电通信中心)
电力线通信(Power Line Communication)技术简称为PLC技术，是目前发展前景十分看好的宽带接入技术，是利用配电网低压线路传输高速数据、话音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式。研究开发此项技术，对于充分利用电力设施，发挥电力资源优势，发展电力通信产业，为电力企业提供进入电信公共服务的技术手段，为电信用户提供方便的价格合理的宽带接入(访问Internet)手段，实现数据、语音、视频和电力的“四网合一”，具有十分广阔的前景。早在20世纪90年代初，一些国家开始在这方面进行研究，由于技术不成熟，发展速度缓慢。进入21世纪以来，PLC芯片技术有所突破，此项技术的发展速度明显加快，目前正朝着实用化方向发展。
一、国外PLC技术的发展与现状
英国NORWEB通信公司在1990年就开始研究此项技术，1996年9月在CIGRE大会期间向各国代表展示了技术原理和演示产品，提供了在曼切斯特进行20户小范围试验的录像资料，传输速率达到1Mbps ，但仅进行了小规模现场试验，未能得到推广；1998年，美国lntelogis公司推出了passPort商业化PLC产品，用于户内联网，最高速率为350kbps。由于技术不成熟，亦未能大规模商用，以使PLC技术在研究和改进中发展。到2001年初，PLC专用芯片制造技术的进展明显加速，美国lntellon公司用于户内联网的14Mbps芯片达到实用水平；欧洲西班牙DS2公司的芯片速率也达到45Mbps；随之，许多国家的研究机构开展了PLC技术的研究和开发，如美国的Intellon、Inari(Intelogis)、ITRAN等公司，韩国的Xeline公司，欧洲的ASCOM、Polytrax等公司，PLC芯片的传输速率从1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、45Mbps。
瑞士ASCOM公司1998年开始进入PLC技术研究领域，1999年在德国RWE公司实验取得成功，2000年与欧洲、东南亚以及拉丁美洲的20个大型企业或电信运行商联合建设了实验系统，试验的用户数超过2000个，并全部取得了成功。
德国RWE电力线通信公司（RWE Powerline GmbH）从1997年开始与瑞士ASCOM公司合作开发PLC产品，1999年汉诺威展览会上展出了样机，2000年5月开始进行200户的现场试验。2000年11月起在德国埃森RWE Plug公司总部大厅开放PLC演示样板间。2001春季推出了RWE PowerNet（PLC上网）、RWE PowerSchool（PLC学校联网）和RWE eHome（智能家庭自动化）三项业务及相应产品。自2001年7月1日起正式开始商用化，致力于德国电力线接入市场的运营、数字化家居的建设以及电力线数字学校的建设和运营。RWE电力线宽带接入产品在德国的Essen(埃森)安装了1500户。从而使RWE公司成为世界上首家宣布实现PLC接入系统商业化运营的企业，同时德国也是迄今为止世界上唯一允许PLC进入商业化运行的国家，并颁布了有关法律（NB30）。RWE公司的PLC接入系统提供的数据服务是上行、下行对称的，最大为2Mbps，为多用户共享带宽；德国电信的ADSL提供的是不对称服务，下行为768Kbps, 上行为128 Kbps，为每个用户专用带宽。从最高接入速率上看，RWE的PLC系统下行接入速率比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计划推出IP电话业务，并深入研究开展视频会议、视频点播、网上电视、网上广播等业务。
韩国Xeline公司成立于1999年5月，它的前身是韩国Keyin Telecom公司。主要业务是开发、制造、销售基于PLC的产品和网络解决方案。在2001年3月在德国汉诺威举办的CeBIT 2001展览会上，推出PLC产品解决最后一公里接入、家庭网络应用解决方案。在韩国汉城建立了与互联网相连接的示范点，实现了同步互联网接入的家庭联网、文件共享和MP3音乐播送。目前，该公司除在汉城外，还在德国、日本、美国、中国等地建设了PLC试验点，产品传输速率从1Mbps到32Mbps。
随着PLC技术的发展，相继成立了相关的国际性PLC组织，例如：由3Com、AMD、Cisco Systems、Compaq、Intel、Motorola、Texas Instruments等13家公司组成了HomePlug电力线联盟(HomePlug Powerline Alliance)、电力线通信技术论坛（PLC Forum）和电力线作为可供选择的本地接入系统协会PALAS (Powerline as an Alternative Local Access)等。目前，HomePlug电力线联盟已有90家公司参与该组织标准的制定工作，并已制定了第一个标准草案(HomePlug 1.0 specification)。这些组织正在研究PLC技术标准、市场推进和政府管制政策等问题。
二、我国PLC技术的现状
我国研究PLC技术起步较晚，但发展速度较快。中国电力科学研究院自1997年开始研究PLC技术，主要考虑PLC技术用于低压抄表系统，传输速率较低。1998年开发出样机，并通过了试验室功能测试，1999年在现场进行试运行，获得了产品登记许可。1999年5月开始进行PLC系统的研究开发工作。主要对我国低压配电网络的传输特性进行了测试，并对测试结果进行了数据处理和分析，基本取得了我国低压配电网传输特性和参数，为进行深入研究和系统开发提供依据。2000年开始引进国外的PLC芯片，研制了2Mbps的样机，2001年下半年进行了小规模现场试验，实验效果良好。
深圳国电科技有限公司是国家电力公司直属企业，2000年初就开始研制户内PLC产品，目前，采用美国Intellon公司的14Mbps芯片研制的用于户内联网的PLC产品也在小范围试验。下一步准备采用DS2公司的45Mbps芯片，研制传输速率达到20Mbps的户内PLC联网设备。
福建省电力公司科技部2000年初立项，研究利用PLC技术控制家用电器的科技项目，2001年取得了一定进展，采用传输速率为10Kbps的PLC模块，可控制家用热水器、DVD等家电的开启。目前，采用美国Intellon公司14Mbps芯片，正在研发传输速率达到10Mbps的PLC户内家电控制产品。
国电通信中心为落实国电公司领导对PLC技术的研发应用进行统一组织、统一管理的要求，在国电公司科环部的支持下，加快了PLC技术应用的推进速度，于2001年9月在国家电力公司宿舍区建立了PLC实验室，组织国内外PLC厂商的产品，分别进行测试试验。首先采用韩国Xeline公司研制开发的32Mbps芯片的PLC组网设备，在北京居民小区进行Internet的接入试验，在高层建筑（16层—23层）的14户居民家中安装了PLC调制解调器，每户居民均实现了通过电力线上Internet网，试验网络运行稳定，家电的使用对上网基本没有影响，上网静态画面稳定，动态画面流畅，网页登陆速度快，上网桌面速率达到2Mpbs，用户反映良好。目前，试验正在逐步扩大用户数量。
三、PLC技术的应用模式
纵观国内外PLC技术的应用，主要分为两种模式，一种是以美国为代表的户内联网模式，利用室内电源线，实现家庭内部多台计算机联网及智能家用电器联网，户外访问使用其它传统的通信方式，这是因为美国ADSL(利用电话双绞线传输高速数据，是一种不平衡传输方式，下行速率可达8Mbps以上，上行速率可超过2Mbps)、Cable Modem(利用有线电视电缆传输高速数据)等技术和产品已经比较成熟和普及。目前室内产品的较高速率是Intellon公司的PowerPacket达到14Mbps，ITRAN公司的ITM10达24Mbps，这些产品在国外均处于初级商用阶段。国内深圳国电科技公司和福建省电力公司研制的产品均属于户内联网设备。第二种是面向欧洲和亚太市场，用作户外接入模式，具体是（光缆或其他高速通信手段已经连接到楼内总配电室）利用220/380V线路解决从楼内总配电室至每个住户的通信接入，实现从配电变压器到住户的高速数据接入。由于两种模式的使用环境不同，户外接入模式从技术上实现起来难度较大，因此能够提供该种方案的公司数量较少，主要有瑞士Ascom公司、韩国Xeline公司等。这两家公司在欧洲的德国、奥地利、法国和亚洲的韩国、新加坡、香港、中国等建有实验网络。国内电力科学研究院和国电通信中心试验用的产品属于PLC接入设备。
四、PLC产品的关键技术和接入原理
电力线不同于普通的数据通信线路，当作为一种数据传输的媒介时，遇到许多干扰：首先，电力线上有许多不可预料的噪声和干扰源，如吸尘器、开关电源、电冰箱、洗衣机等，其次，电力线通讯具有时间上不可控、不恒定的特点。与信号洁净、特性恒定的Ethernet电缆相比，电力线上接入了很多电器、音响设备，这些设备任何时候都可以插入或断开、开机或关闭电源，因而导致电力线的特性不断地变化。为了克服各种干扰，电力线通信系统采用的调制技术主要是OFDM（正交频分复用）、DMT（多载波调制）、扩频及常规的QPSK，FSK等，为适应高速率的传输要求，多载波正交频分复用将是解决传输频带利用率的有效方法（详细技术不在这里赘述）。
用户通过PLC Modem联结到户内电源插座，通过电力线联接楼宇配电变压器端的PLC主控设备，完成“最后一百米”的接入。用户只需装设一台PLC-Modem，不用拨号，就能在线地接收和发送Internet信息。
PLC调制解调器主要由接口、调制解调和耦合等三部分组成。接口部分是指电力线调制解调器同用户设备间的双向数据传输的接口，这些接口包括同智能设备之间的RS-232接口、同计算机之间的RJ-45以太网接口或USB接口、同模拟电话之间的RJ-11接口。有些公司的产品兼顾到对不同种类设备的兼容性，包含了全部上述四种接口，目前，试验用的产品以RJ-45口为主。调制解调部分由数字信号处理单元和相应的外围电路组成。
五、PLC试验系统组网方案
为了测试国外PLC产品在中国低压配电网上是否适用，国电通信中心与韩国Xeline公司共同合作，由国电通信中心建立国内居民小区的典型测试环境，Xeline公司提供产品，对该公司生产的PLC网络设备进行本地化测试。
楼宇配电间的PLC Master（PLC主控设备）的RJ45接口连接集线器、光收发器通过光缆到国电通信中心的中电飞华通信机房接入Internet出口。PLC Master串口的信号输出经过耦合器，将信号耦合到电力线中，连接到每个用户端的PLC Modem。用户的PLC Modem的RJ45接口与PC机的网卡相连，从而实现PLC网络接入。
PLC系统的组网方案采用光纤到楼+电力线通信的方式，利用PLC解决了用户宽带网的“最后一百米”接入。城域宽带网光纤到楼，在楼下总配电间经过低压电力线到各用户房间。
PLC试验网络现已经连接14个用户，网络建成后，用户都可以实现Internet的接入，每个用户的最高速率可达2Mbps。用户计算机通过PLC网络高速接入Internet，可以迅速的浏览国内的搜狐、新浪等门户网站，对于国外的网站，如美国、加拿大、甚至韩国Xeline公司的网站都可以较快的浏览网页，较好的收看影视画面。从Sina网站上直接点击下载文件，下载速度也可达到800Kbps以上。用户反映，PLC试验网络接入速度较快，远远超过普通拨号和ISDN，已超过ADSL的速率水平。
六、结束语
随着互联网在全球范围的迅速发展和用户对新业务服务要求的不断增加，作为价格低廉、使用灵活方便、最终可提供电话、上网等服务的宽带接入产品，PLC将会有巨大的发展空间。然而，进行PLC技术推广，是一个系统工程，绝非只靠“引进”产品就能在短时间内解决。或许可以建立一个示范楼、甚至一个示范小区，但在大范围内推广使用还有一个过程。尽管PLC有覆盖面广、使用方便、不用布线、永久在线、价格合理、施工费少、设备简单、安装周期短等优势。但迄今为止，还没有大规模商用化PLC系统投入使用。其主要原因首先是法律上的，世界各国没有建立成熟的PLC技术标准，另一方面没有立法允许在电力线上经营Internet服务和电信服务。其次是服务上的，PLC技术提供的速率和服务质量还不稳定，没有达到高质量电信服务标准。第三是技术上的，国外配电网结构与中国相比有很大区别，国外产品无法在中国直接使用，居民小区的低压配电线路不够规范，用户装修时电源布线水平不均，电源插座的质量不同，都给电力线宽带接入的普及带来了难题，都需要PLC技术在中国电网环境下进一步完善。根据目前技术上成熟度，可望在一到两年内取得传输速率和服务质量上的重大突破，实现利用电力线宽带接入网络不仅访问Internet的服务,还可为远程视频点播、家电远程控制等数字化小区服务。
