PLC(Power Line Communication)全稱是電力線通信,是利用電力線傳輸信號的一種通信技術。電力線通信發展至今已有幾十年的歷史,一般分為低壓和中壓兩種。在低壓(220V)配電網,PLC技術主要用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化,其傳輸速率一般為1200bps或更低,也稱為低速PLC。通常把傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術稱之為高速PLC。
20世紀90年代國外開始研究電力線的高頻特性(2MHz-80MHz),并在此基礎上開發了實用的高速PLC產品及系統。直到最近幾年,由于技術上的不斷突破,才開始出現成熟的產品在高速互聯網接入、家庭聯網、智能家居等方面投入實際的應用。這一領域中比較有代表性的公司有芯片級廠商如:美國的Intellon、法國Easyplug公司、以色列的ITRAN、西班牙的DS2;設備廠商有美國的ASOKA、韓國的Xeline公司、瑞士的ASCOM公司等。在業界的努力下,隨著低壓PLC芯片和系統設備的出現,高速PLC試驗網絡也相繼在全球范圍內建立了起來。
低壓高速PLC技術適用于最后一公里的寬帶接入,而中壓高速PLC則是指寬帶數字信號跨越電力用戶變壓器的技術。隨著低壓高速PLC關鍵技術的突破和不斷完善,美國Amperion、西班牙DS2等公司也加大了中壓高速PLC的研發力度。2003年,Amperion宣布取得了成功并得到了世界上第一個專利。該技術使得寬帶入戶向電力線高端延伸了3-5km。目前美國、西班牙和德國等地都有了中壓高速PLC試驗網。
最近,得到AT&T資助的賓夕法尼亞州立大學研究所研發人員Pouyan Amirshahi和Mohsen Kavehrad在最新發表的研究報告中稱,在最佳條件下,他們新開發的電力網接入系統最高速度可接近1Gps,實驗理論速度可達2.5Gps。針對一般家庭用戶的傳輸速度也可達數百Mbps,在有中繼器的情況下可以傳輸數千公里。這項技術有望在不久后得到應用。
電力寬帶應用從最初的不到100K,到后來的2M和14 Mbps,再到45Mbps、85Mbps和200 Mbps,傳輸距離從100m到700m,其中2M到14M,技術更新速度無以倫比。高速PLC技術出現,在各國引起高度關注,紛紛著手相關實驗和商業應用。國際上相關組織正加緊標PLC進度,開展PLC商業應用比較成熟的國家有西班牙、韓國、日本、美國等。
美國
2003年初,美國通信委員會(Federal Communications Commission ,簡稱FCC)投票一致通過,研發使用現在的電線為家庭和辦公室提供互聯網和寬帶接入業務。
雖然電線寬帶接入技術(BPL)還處于初級階段,但是FCC稱,這項技術可能是解決寬帶接入“最后1公里”的方案。BPL技術在美國10多個州境內進行測試。FCC的主席Michael K. Powell稱,BPL是第三代寬帶技術,也是有發展潛力的一項技術。不久的將來,美國就會了出現BPL、Wi-Fi、衛星和激光多種寬帶接入方式的局面。FCC同時稱,BPL將促進農村和偏遠地區的寬帶接入。
IEEE著手制定的BPL硬件規格P1675計劃在2006年中期完成規格的制定。通過使用融合計算機與路由器的設備,BPL 將把來自變電所的信號導入光纖,然后把加載在電線上的電流信號發送出去。并且制定的IEEE P1675規格還將對地上及地下使用的BPL 基礎設施硬件制定一攬子標準,同時還將提供對BPL設備進行安全設置的指南等。電力寬帶的標準制訂和光纖、計算機與路由器的設備的融合,將會大大推進PLC的應用進程。
美國UPLC的統計數據表明目前美國電力線寬帶共覆蓋了10萬戶家庭,有4個城市進入了商業化運營,其余均為試點。在利用HomePlug產品進行電力線寬帶接入運營方面,Telkonet公司和Current通信公司是該領域的領導者。
Telkonet公司創建于1999年,主要為商業和工業用戶提供PLC解決方案。其用戶包括賓館酒店、公寓和政府等。目前在全美20個州的50多個公寓社區,共計12000余戶在使用其Telkonet iWire System。Telkonet iWire System由網關、耦合器、中繼器和網橋組成。網關的作用連接因特網,將以太網信號轉換為PLC信號,并將其分發至耦合器;耦合器的作用是直接連接配電盤,將PLC信號注入低壓電力線;延長器的作用是擴展PLC信號,接收來自網關的數據,并將其分發至耦合器;網橋用于連接計算機和電源插座,接入因特網。
同中電飛華正在運營的PLC網絡相比,Telkonet iWire System具有簡單的遠程網絡管理,便于快速響應用戶申告和排除故障、節省安裝調試時間、降低現場維護工作量。而且在網橋至網關之間采用專利安全架構,確保電力線網絡上的用戶間相互隔離。Telkonet iWire System當前采用14Mbps芯片,提供6~7Mbps的對稱吞吐量;2005年4季度轉為85Mbps芯片,提供35~40Mbps對稱吞吐量;2006年3季度將提供200Mbps芯片(HomePlug AV)產品,提供80~85Mbps對稱吞吐量。
Current通信公司的名氣由于因特網搜索服務領頭羊Google公司、通信服務商Hearst媒體集團以及金融服務公司高盛集團等三家公司的投資而變得如日中天。Current通信公司的電力線寬帶接入技術方案涵蓋了中壓和低壓,并且具有完善的網絡管理系統CT-View。任何符合HomePlug規范的電力線調制解調器都可以接入其網絡,并接受CT-View的管理。
Current通信公司的電力線寬帶方案能為電力公司提供下列服務:在變電站可以監視一些重要設備,如變壓器、電池、小RTU、繼電器、數字故障記錄儀等;對配電網絡可以進行二次側電壓監測、一次側電流監測、補償電容監控、故障監視、停電通知、日常維護等;對家庭可進行遠程抄表、負荷控制、家居自動化等。該方案實現了電力系統設備間的寬帶雙向通信,單一通信平臺降低了對多種網絡架構的需求。在共享的網絡上運行多種應用,可以實時監測數據采集和配電網上的重要資產,從而實現了“智能配電網”。
日本
2002年4月日本總務省設立了“電力線通信設備研究會”,探討追加2~30MHz的可行性。增加帶寬后,就能將其傳輸速度最大提高至200Mbps。2004年7月,日本總務部已按照實用化的原則,修改了通信法的相關限制條款,為各通信運營商進行電力線上網試驗掃清了法律上的障礙。據悉,日本最大的電信公司NTT已經開始PLC業務的商業運營。
2005年1月6日,松下電器產業株式會社、三菱電機株式會社及索尼公司宣布,同意成立一個致力于確立高速電力線通信規范的聯盟。松下、索尼和三菱在其發表的聯合聲明中表示,新聯盟CEPA將制訂電力線上網國際標準,以確保不同公司生產的設備可以互連。對于電力線通信技術十分積極的日本東京電力在2005年3月底,在該公司的住宅內進行最高速度為200Mbps的電力線通信(PLCn)實驗,并希望2005年秋季開始提供電力線通信商用服務,以便利用電力線通信建立家庭內部網。在日本電力線上網試驗可謂一波三折。2004年8 月底,共獲準在14家服務商的28種設備中進行實驗,最后將根據試驗數據討論電力線通信具體發展政策,并計劃在2006年全面放開電力線通信商業市場。
英國
高速PLC于英國誕生。早在1990年,英國NorWeb公司就開始研究電力線載波通信技術。1995年,該公司又與加拿大北電網絡聯手,共同開發這項新技術。1996年9月在CIGRE大會期間向各國代表展示了樣品,并提供了在曼徹斯特進行20戶的試驗錄像,傳輸速率達到1Mbps。1998年就已成功地進行了采用傳統的輸電線路進行互聯網接入的試驗。隨著主芯片性能提高,現在英國約有5萬PLC上網用戶,平均帶寬3Mbps以上。
德國
德國在埃森和曼海姆的兩個電力線高速通信網絡最早投入商用化運營。早在2000年5月,德國頂級電力公司RWE就開始采用瑞士ASCOM的產品為埃森的電力用戶提供電力線數據服務,數率達到2Mbps。2001年3月,RWE公司和Ascom發起一項名PowerNet的計劃,兩家公司將向大約2萬用戶提供這種利用電源線路的互聯網接入服務。2001年7月還開展了RWE PowerNet計劃、RWE PowerSchool和RWE eHome三項業務。2004年8月德國正式頒布PLC商用法律。
在德國的曼海姆,能源公司MVV采用以色列Main.Net公司的產品進行了商用化運營實驗,并為此成立了合資公司PPC。PPC可以為每個終端用戶提供350kbps~1.2Mbps的帶寬,典型小區的用戶數為250到300戶,最大傳輸距離為500米,一般的典型傳輸距離為150~180米。
韓國
韓國XeLine公司成立于1999年5月,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月推出PLC產品解決最后一公里接入、家庭網絡應用的方案,在韓國漢城建立了與互聯網相連接在示范點。該公司并在德國、日本、美國、中國等地建設了PLC試驗點。
在國外,已有數百萬電力線高速通信產品用于室內、辦公室聯網,電力線高速接入在多個國家已達數百個試驗網絡,主要應用于歐洲和美國等。
中國
中國具有世界最大的有線網絡—輸電和配電網絡;中國目前電話用戶不到3億,但用電用戶已超過10億。這些資源作為建設本地寬帶接入網絡的物質基礎,是其他行業所難以得到的。中國有近10億農村人口,而農村基本通電,所有農村網絡基本上通過本世紀初的農網整改,通信性能優越。農村人口多,基數大,可以利用窄/寬帶長距離傳輸信號,縮減成本,以提供普遍服務。中國的一個變壓器普遍提供200~300家庭用戶供電,如在變壓器下端注入信號使得局端戶均成本很低,也大大降低了運營商的硬件投入成本。電力系統介入電信市場,利用PLC技術進行通信將在中國獲得極大的發展,高速PLC技術在中國將有著巨大的市場。
中國研究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。主要對中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,基本取得了中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,自2001年8月在沈陽建立了中國內地第一個高速PLC實驗網絡以來已有了廣闊的發展,目前已在北京、上海、武漢、廣州、南京等城市相續開通PLC業務,全國已有1200個住宅小區,約43000戶家庭通過電力線上網。