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(shù)。電力線通信發(fā)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(wǎng),PLC技術(shù)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(shù)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(chǔ)上開發(fā)了實用的高速PLC產(chǎn)品及系統(tǒng)。直到最近幾年,由于技術(shù)上的不斷突破,才開始出現(xiàn)成熟的產(chǎn)品在高速互聯(lián)網(wǎng)接入、家庭聯(lián)網(wǎng)、智能家居等方面投入實際的應(yīng)用。這一領(lǐng)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(shè)備廠商有美國的ASOKA、韓國的Xeline公司、瑞士的ASCOM公司等。在業(yè)界的努力下,隨著低壓PLC芯片和系統(tǒng)設(shè)備的出現(xiàn),高速PLC試驗網(wǎng)絡(luò)也相繼在全球范圍內(nèi)建立了起來。
低壓高速PLC技術(shù)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(shù)字信號跨越電力用戶變壓器的技術(shù)。隨著低壓高速PLC關(guān)鍵技術(shù)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(fā)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(shù)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(wǎng)。
最近,得到AT&T資助的賓夕法尼亞州立大學(xué)研究所研發(fā)人員Pouyan Amirshahi和Mohsen Kavehrad在最新發(fā)表的研究報告中稱,在最佳條件下,他們新開發(fā)的電力網(wǎng)接入系統(tǒng)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(shù)百Mbps,在有中繼器的情況下可以傳輸數(shù)千公里。這項技術(shù)有望在不久后得到應(yīng)用。
電力寬帶應(yīng)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(shù)更新速度無以倫比。高速PLC技術(shù)出現(xiàn),在各國引起高度關(guān)注,紛紛著手相關(guān)實驗和商業(yè)應(yīng)用。國際上相關(guān)組織正加緊標PLC進度,開展PLC商業(yè)應(yīng)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(fā)使用現(xiàn)在的電線為家庭和辦公室提供互聯(lián)網(wǎng)和寬帶接入業(yè)務(wù)。
雖然電線寬帶接入技術(shù)(BPL)還處于初級階段,但是FCC稱,這項技術(shù)可能是解決寬帶接入“最后1公里”的方案。BPL技術(shù)在美國10多個州境內(nèi)進行測試。FCC的主席Michael K. Powell稱,BPL是第三代寬帶技術(shù),也是有發(fā)展?jié)摿Φ囊豁椉夹g(shù)。不久的將來,美國就會了出現(xiàn)BPL、Wi-Fi、衛(wèi)星和激光多種寬帶接入方式的局面。FCC同時稱,BPL將促進農(nóng)村和偏遠地區(qū)的寬帶接入。
IEEE著手制定的BPL硬件規(guī)格P1675計劃在2006年中期完成規(guī)格的制定。通過使用融合計算機與路由器的設(shè)備,BPL 將把來自變電所的信號導(dǎo)入光纖,然后把加載在電線上的電流信號發(fā)送出去。并且制定的IEEE P1675規(guī)格還將對地上及地下使用的BPL 基礎(chǔ)設(shè)施硬件制定一攬子標準,同時還將提供對BPL設(shè)備進行安全設(shè)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(shè)備的融合,將會大大推進PLC的應(yīng)用進程。
美國UPLC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(yè)化運營,其余均為試點。在利用HomePlug產(chǎn)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(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。
Telkonet公司創(chuàng)建于1999年,主要為商業(yè)和工業(yè)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(qū),共計12000余戶在使用其Telkonet iWire System。Telkonet iWire System由網(wǎng)關(guān)、耦合器、中繼器和網(wǎng)橋組成。網(wǎng)關(guān)的作用連接因特網(wǎng),將以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換為PLC信號,并將其分發(fā)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(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù),并將其分發(fā)至耦合器;網(wǎng)橋用于連接計算機和電源插座,接入因特網(wǎng)。
同中電飛華正在運營的PLC網(wǎng)絡(luò)相比,Telkonet iWire System具有簡單的遠程網(wǎng)絡(luò)管理,便于快速響應(yīng)用戶申告和排除故障、節(jié)省安裝調(diào)試時間、降低現(xiàn)場維護工作量。而且在網(wǎng)橋至網(wǎng)關(guān)之間采用專利安全架構(gòu),確保電力線網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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(chǎn)品,提供80~85Mbps對稱吞吐量。
Current通信公司的名氣由于因特網(wǎng)搜索服務(wù)領(lǐng)頭羊Google公司、通信服務(wù)商Hearst媒體集團以及金融服務(wù)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(shù)方案涵蓋了中壓和低壓,并且具有完善的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)CT-View。任何符合HomePlug規(guī)范的電力線調(diào)制解調(diào)器都可以接入其網(wǎng)絡(luò),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(wù):在變電站可以監(jiān)視一些重要設(shè)備,如變壓器、電池、小RTU、繼電器、數(shù)字故障記錄儀等;對配電網(wǎng)絡(luò)可以進行二次側(cè)電壓監(jiān)測、一次側(cè)電流監(jiān)測、補償電容監(jiān)控、故障監(jiān)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(xiàn)了電力系統(tǒng)設(shè)備間的寬帶雙向通信,單一通信平臺降低了對多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的需求。在共享的網(wǎng)絡(luò)上運行多種應(yīng)用,可以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和配電網(wǎng)上的重要資產(chǎn),從而實現(xiàn)了“智能配電網(wǎng)”。
日本
2002年4月日本總務(wù)省設(shè)立了“電力線通信設(shè)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(wù)部已按照實用化的原則,修改了通信法的相關(guān)限制條款,為各通信運營商進行電力線上網(wǎng)試驗掃清了法律上的障礙。據(jù)悉,日本最大的電信公司NTT已經(jīng)開始PLC業(yè)務(wù)的商業(yè)運營。
2005年1月6日,松下電器產(chǎn)業(yè)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(guī)范的聯(lián)盟。松下、索尼和三菱在其發(fā)表的聯(lián)合聲明中表示,新聯(lián)盟CEPA將制訂電力線上網(wǎng)國際標準,以確保不同公司生產(chǎn)的設(shè)備可以互連。對于電力線通信技術(shù)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(nèi)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(wù),以便利用電力線通信建立家庭內(nèi)部網(wǎng)。在日本電力線上網(wǎng)試驗可謂一波三折。2004年8 月底,共獲準在14家服務(wù)商的28種設(shè)備中進行實驗,最后將根據(jù)試驗數(shù)據(jù)討論電力線通信具體發(fā)展政策,并計劃在2006年全面放開電力線通信商業(yè)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(shù)。1995年,該公司又與加拿大北電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)手,共同開發(fā)這項新技術(shù)。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(tǒng)的輸電線路進行互聯(lián)網(wǎng)接入的試驗。隨著主芯片性能提高,現(xiàn)在英國約有5萬PLC上網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(chǎn)品為埃森的電力用戶提供電力線數(shù)據(jù)服務(wù),數(shù)率達到2Mbps。2001年3月,RWE公司和Ascom發(fā)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(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。2001年7月還開展了RWE PowerNet計劃、RWE PowerSchool和RWE eHome三項業(yè)務(wù)。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(chǎn)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(qū)的用戶數(shù)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(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月推出PLC產(chǎn)品解決最后一公里接入、家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的方案,在韓國漢城建立了與互聯(lián)網(wǎng)相連接在示范點。該公司并在德國、日本、美國、中國等地建設(shè)了PLC試驗點。
在國外,已有數(shù)百萬電力線高速通信產(chǎn)品用于室內(nèi)、辦公室聯(lián)網(wǎng),電力線高速接入在多個國家已達數(shù)百個試驗網(wǎng)絡(luò),主要應(yīng)用于歐洲和美國等。
中國
中國具有世界最大的有線網(wǎng)絡(luò)—輸電和配電網(wǎng)絡(luò);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(shè)本地寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)基礎(chǔ),是其他行業(yè)所難以得到的。中國有近10億農(nóng)村人口,而農(nóng)村基本通電,所有農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)基本上通過本世紀初的農(nóng)網(wǎng)整改,通信性能優(yōu)越。農(nóng)村人口多,基數(shù)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(wù)。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(tǒng)介入電信市場,利用PLC技術(shù)進行通信將在中國獲得極大的發(fā)展,高速PLC技術(shù)在中國將有著巨大的市場。
中國研究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。主要對中國低壓配電網(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,基本取得了中國低壓配電網(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,自2001年8月在沈陽建立了中國內(nèi)地第一個高速PLC實驗網(wǎng)絡(luò)以來已有了廣闊的發(fā)展,目前已在北京、上海、武漢、廣州、南京等城市相續(xù)開通PLC業(yè)務(wù),全國已有1200個住宅小區(qū),約43000戶家庭通過電力線上網(wǎng)。