全國電工儀器儀表生產力促進中心孫成發(fā)摘編
全世界所有發(fā)達國家都關注著電力線上網這個世紀夢想，西門子等幾家大公司卻宣布擱置這一項目。使電力線上網更加引人注目。
PLC是電力線通信技術(Power Line Communication Technology)的簡稱，亦被稱為PLC，是指從配電變壓器(10干伏/380伏)低壓側至居民用戶室內電源插座220伏電力線上實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)和話音通信的技術。在中高壓輸電網(35個伏以上)利用電力線作為通信介質進行數(shù)據(jù)和語音的傳輸已經有幾十年歷史。近年來，隨著Internet技術的發(fā)展，登錄上網的人數(shù)成倍增長，采用何種通信方式使用戶終端連拉到最近的寬帶網絡設備，成為困擾人們的難點之一，也是Internet普及的瓶頸之一，被業(yè)內人士稱為寬帶網絡接入的“最后一百米”問題。而配電網是目前覆蓋范圍最廣的網，因此利用低壓配電網進行高速數(shù)據(jù)的傳輸被業(yè)內人士認為是提供“最后一百米”解決方案最具競爭力的技術之一。因此，在需求的推動下，PLC再次成為人們關注的重點。現(xiàn)在人們所談的PLC技術就是指在220伏/380伏的低壓配電網上實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)、語音傳輸?shù)募夹g。
隨著互聯(lián)網在全球范圍的迅速發(fā)展和用戶對新業(yè)務服務要求的不斷增加，作為價格低廉，使用靈活方便，最終可提供電話、上網等服務的寬帶接入產品，PLC有巨大的發(fā)展空間。然而，讓PLC技術在大范圍內推廣使用還有一個過程。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技術標準，也沒有立法允許在電力線上經營LNTERNET服務和電信服務。其次是服務上的，PLC技術提供的速率和服務質量還不穩(wěn)定，沒有達到高質量電信服務標準。第三是技術上的，國外配電網結構與中國相比有很小差別，國外產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技術在中國電網環(huán)境下進一步完善。根據(jù)目前技術上成熟度，在一到兩年內取得傳輸速率和服務質量上的重大突破，實現(xiàn)利用電力線寬帶接入網絡訪問Internet的服務，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。
PLC的技術優(yōu)勢、問題與應用
與其他的各種可以入戶的通信技術相比較，PLC通信方式有著獨特的優(yōu)勢。光纖和局域網等通信技術，均需鋪設專門的通信電纜入戶，而且綜合成本(包括設備、安裝、電纜鋪設等費用)高。入戶鋪設通信電纜對用戶的干優(yōu)大，接口位置固定，不便于用戶隨意調整。對用戶集中的高層住宅樓，如沒有相對數(shù)量固定的用戶，投資者(用戶或經營者)很難受益。ADSL通信方式雖利用電話線而不需鋪設專門的通信電纜，但對信質量和速度受電話線本身質量的限制，而且綜合成本高。相比較而言，PLC通信具有以下獨有的特點：
1 電力線的入戶率高，覆蓋范圍大，在戶內的插座(電力線通信口)多。
2 PLC的傳輸速率高。比普通拔號上網速率快幾十倍。在網站Web服務器通暢的情況下，下載軟件、大宗數(shù)據(jù)、高分辨率圖片和觀看網絡電影，均收到滿意效果。
3 安裝簡便。由于只需將光纖和其他形式的主通信干線鋪設至居民樓的配電間，無需入戶鋪設電纜，大大減輕了住戶的負擔，避免了對戶內裝修的破壞和約束。
4與計算機和其他電器設備聯(lián)網方便。PLC調制解調器具有RJ45和USB接口，與電源之間的連接更是方便(使用普通電源插頭)。
由于PLC通信技術本身固有的特性，即通信與電源同線，使得電力網這個覆蓋面最廣的網絡，在提供千家萬戶必不可少的清潔能源的同時，又為用戶提供了一個通信和聯(lián)網手段。
中國擁有全世界長度排名第二的電力輸電線路，這些資源可以用來架設電力系統(tǒng)特殊光纜，免除了復雜的征地手續(xù)和大量的基礎設施建設，具有重大的環(huán)境保護效益，而且在輸電線路桿塔上架設光纜(OPGW)具有非常高的可靠性。電力網絡是最基礎的網絡，它的規(guī)模之大，是任何其他網絡不可比擬的。因此，利用PLC的技術手段，為用戶提供在現(xiàn)有電線上進行數(shù)據(jù)和語音、視頻等信息服務，將會對中國電信市場改革和互聯(lián)網的發(fā)展帶來極大的空間。
問題有三點：
一是“電網在線”所產生的輻射問題不易解決。因電力網使用的大多是非屏蔽線，用它來傳輸數(shù)據(jù)不可避免地會形成電磁輻射，從而會對其他無線通信，如警察部門或軍事部門的通信造成干擾。德國的無線電愛好者們對此更是憂心忡忡，專門建立了“反對電網在線”的主頁，力圖使該計劃胎死腹中。德國聯(lián)邦參議院和聯(lián)邦通信與郵政管理局頒布了“電網在線”條例，在為其提供法律保障的同時也對輻射問題規(guī)定了具體指標。如何減少輻射以滿足上述標準，這令“電網在線”公司頗傷腦筋。
二是高速度并不能時刻得以保障。提到的速度只是理想情況下的最高速度。若同一地區(qū)多個用戶同時上網，則數(shù)據(jù)傳輸速度將會相應地降低。盡管有些公司宣稱“電網在線”最高速度理論上可達到每秒200兆比特的天文數(shù)字，但何時能實現(xiàn)誰也不敢說。
三是價格問題。“電網在線”是按下載數(shù)據(jù)量收費的。對于下載量較大的用戶來說，這其實也不便宜。
PLC應用大致有如下幾種：
1家用上網(Internet)：這是PLC技術現(xiàn)階段最大的應用領域之一。電力光纖網已覆蓋全國大部分省市，今年內將覆蓋全國。2001年5月18日，信息產業(yè)部正式批準國家電力通信中心的ISP申請，并頒發(fā)了《中華人民共和國計算機網絡國際聯(lián)網業(yè)務經營許可證》，允許其在全國范圍內經營《電信條例》泛指的相關電信增值業(yè)務和網絡用戶接入業(yè)務，中國的PLC商業(yè)化運營時間表已開始記時。
2家庭室內計算機聯(lián)網(Homenetworking)：家庭內的多臺計算機可通過電力線聯(lián)網，共享設備等。
3家庭自動化(Homeautomation)：這是PLC技術未來最大的應用領域之一。電冰箱、電視機、空調等用電力作為能源的家用電器，都能以通過電力線進行聯(lián)網控制，富有想像的家庭自動化電器設備將隨著PLC技術的發(fā)展與普及，為人們的生活帶來更大方便。
4自動化抄表與租賃服務：由于電力線在局部的覆蓋面廣，利用PLC通信技術進行電、氣、水表的自動化抄表系統(tǒng)已經在開發(fā)和試驗之中。在意大利、利用PLC技術來進行高分辨率的數(shù)字式電視租賃業(yè)務，已在研究之中。2001年12月起，國電通信心PLC辦公室與韓國Xeline公司合作進行的利用電力線上網進入居民小區(qū)的試驗。第一批實驗7戶,組網方案如下：在地下室內由光纜連接PLC主控設備，由主控設備將傳輸信號送入電網，在樓層間用PLC從屬設備進行中繼，在用戶家中用PLC調制解調器上網。網絡通后基本不受家用電器開啟的干優(yōu)，上網速度能達到300Kbps，靜態(tài)畫面十分穩(wěn)定，動態(tài)畫面基本流暢。這是PLC設備在中國電網環(huán)境下、在用戶密集的高層建筑中首次試驗成功。經過第一次成功的試驗后，又制定了第二種試驗方案，取消了樓層間的從屬設備，降低了成本，提高了速率。將用戶增加到14戶，樓層分布最低為5層，最高為23層，經電力線傳輸?shù)木嚯x約80米，解決了接入網“最后一百米”問題。他們一致反映，使用方便，上網速度快，不受家電干優(yōu)，能迅速濟覽國內外門戶網站，觀看網絡在線視頻點播節(jié)目，畫面連續(xù)，伴音清晰，運行基本穩(wěn)定，經24小時連續(xù)測試，網絡接入速率最高可達2Mbps，平均速率500Kbps。為了進一步驗證PLC產品在中國用戶密集的住宅小區(qū)普遍適用性，下一步將繼續(xù)擴大用戶，測試同一配電變壓器下最大用戶數(shù)量及性能。 PLC技術首次在中國電網環(huán)境下的試驗成功，證明了中國低壓配電網實現(xiàn)電力線通信從技術上是可行的。它將為中國電力通信走向市場，參與競爭提供強有力的技術手段。
國際上PLC技術的發(fā)展現(xiàn)狀
若干年前國際上就有人對PLC技術提出并進行了相應的研究，尤其是在德國、韓國、美國、瑞士等國，該項技術都已近于實用。
英國NORWEB通信公司在1990年就開始研究該項技術，1996年9月在CIGRE大會期間向各國代表展示了技術原理和演示產品，提供了在曼徹斯特進行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)模現(xiàn)場試驗，未能得到推廣。
在德國，RWE集團從1997年開始與瑞士的ASCOM公司合作開發(fā)PLC技術，2000年5月開始進行200戶參與的現(xiàn)場試驗。2001年7月開展了RWE PowerNet(PLC高速上網)、RWE PowerSchool(PLC學校聯(lián)網)和RWE eHome(智能建筑遙控與自動化)三項業(yè)務。
韓國XeLine公司成立于1999年5月，主要業(yè)務是開發(fā)、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人、家庭網絡應用的方案，在韓國漢城建立了與互聯(lián)網相連接在示范點。目前，該公司在德國、日本、美國、中國等地建設了PLC試驗點，試驗產品傳輸速率從1Mbps。
美國公司PLC技術的發(fā)展模式不是接入網模式，而是家庭聯(lián)網模式，這種模式的PLC只提供家庭內部聯(lián)網，戶外訪問使用其他傳統(tǒng)的通信方式。
在日本，主管信息通信產業(yè)的總務省于2001年1月10日決定以2002年為目標開發(fā)PLC技術以促進社會信息化的發(fā)展。
同時國際上對PLC專用芯片的研制也取得了突飛猛進的發(fā)展。美國的Intellon公司的14Mbit/s芯片已經達到實用水平，明年擬推出100Mbit/s的芯片。
為了推進PLC的標準化工作，國際上成立了一些PLC組織，但至今沒有統(tǒng)一的國際標準。
我國PLC的進展情況
我國研究PLC技術起步較晚，但發(fā)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(tǒng)，傳輸速率較低。1998年開發(fā)了樣機，1999年在現(xiàn)場進行試運行，獲得了產品登記許可。1999年5月開始進行高速PLC系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。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)模試驗，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PLC產品，目前，采用美國Intellon公司的14Mbps芯片研制的用于戶內聯(lián)網的PLC產品也在進行小范圍試驗。下一步準備采用DS2公司的45Mbps芯片，研制輸速率達到20Mbps的戶內PLC聯(lián)網設備。 此外，福建省電力公司、清華大學、華北電力大學等高校和科研單位也對此進行研究，主要是對我國配電網信道特性等進行深入的研究，有的完成了自己的樣機并進行了小范圍試驗測試。
國家電力公司非常重視PLC技術的發(fā)展，公司領導多次指示要根據(jù)中國電網特點加快對PLC技術的研究開發(fā)，盡快掌握和推廣應用此項技術。強調公司系統(tǒng)要統(tǒng)一組織，統(tǒng)一部署，避免重復引進而造成浪費，要求公司有關部門和單位集中力量組織關合攻關，爭取在較短時間內，在技術研究開發(fā)和實用化方面有所突破，并提出了“利用低壓配電網傳輸數(shù)據(jù)的技術，通過連接千家萬戶的供電線路提供通信服務，充分發(fā)揮電力系統(tǒng)獨特的優(yōu)勢”的工作部署。
為了更好地開展LSP業(yè)務，走技術創(chuàng)新之路，PLC這一技術將是進入電信領域的突破口。國電通信中心于2001年9月1日正式組建了PLC辦公室，建立了國內第一個PLC產品測試實驗室，組織國外廠商開展試驗工作。
電力、電信、電視和因特網四網合一寬帶接入傳輸網的發(fā)明專利擁有者的觀點
湖北荊州電力局公安縣電力局王德清研究的室內外光纖復合電力線、復合型電力傳輸導線兩項專利技術被授予實用新型專利權。同時，國家專利局2002年3月6日對外公告，王德清的另一項稱為電力、電信、電視和因特網四網合一寬帶接入傳輸網的發(fā)明專利已經通過初審。這項發(fā)明專利是以前兩項實用新型技術專利為基礎的。
王德清是一位從事電力載波通訊30多年的技術人員。他認為：電力線上網，實際上就是利用電力載波技術和電力線的接戶功能來實現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的網絡化傳輸。但這種方式從本質上來講，與電話線上網并沒有區(qū)別，都是利用銅線作為傳輸媒質。而銅線上網一個最大的問題就是不能解決傳輸帶寬的問題。一份資料指出：我國的互聯(lián)網之所以不能做到高速、互動和個性化，就是因為從電話局端到每戶家庭的接入線普遍采用銅質材料，使信息高速公路在離每戶家庭"最后一公里"處，被銅線的傳輸帶寬問題梗阻了。這個現(xiàn)象被科學家們稱為"最后一公里問題"，而在銅線上實現(xiàn)"最后一公里"寬帶網傳輸?shù)脑O想，被稱為銅線上的夢想。 電力線的入戶線是銅線，所以，電力線上網同樣也需要解決"最后一公里問題"。盡管一些研究資料稱：電力線上網最高理想速度可達每秒2兆比特，比ISDN方式快30倍。一些國家還語出驚人：電力線上網最高的理論速度可達每秒200兆比特。但也有資料指出：現(xiàn)在所有關于電力線上網速度的研究數(shù)據(jù)，都只是一種理論值，而且指的是一種共享的帶寬，如果將這些資源分配到每一個具體的用戶桌面，就成了窄帶的概念。有消息稱：包括西門子公司在內的多家跨國公司最近突然宣布，擱置電力線上網項目的研究開發(fā)。據(jù)說是因為電力線上網不能實現(xiàn)高質量的數(shù)據(jù)傳輸。王德清堅持己見：電力線上網就是銅線上網。在銅線上不可能無限制地提升傳輸數(shù)據(jù)通訊容量的潛能。王德清根據(jù)多年從事電力載波通訊的經驗斷言：在我國現(xiàn)有技術條件下實現(xiàn)電力線上網，肯定無法解決電網周波變化出現(xiàn)的諧波干擾以及其它電磁信號和數(shù)據(jù)傳輸信號之間的互相干擾問題。一份資料說：德國無線電愛好者對電力線上網的電磁幅射問題憂心忡忡，并在互聯(lián)網上制作了"反對電力線上網"的主頁。而且西方一些國家的法律，也對此作了相關限制性規(guī)定。
王德清是帶著一個與眾不同的電力線上網方案，這個方案的主要思想是：繞過用純電力線上網這個并不知道深淺的胡同口，考慮用成熟的工業(yè)技術，將光纖和傳統(tǒng)的電力線復合成一種既能傳輸電能，又能傳輸電信、電視和因特網信號的新型導線，并充分利用電力網的桿塔、溝道、走廊、路權路由等資源，將傳統(tǒng)電網改造成全社會共享的復合型電力公共傳輸網。這個構想的可行性依據(jù)是：--電力網、電信網、電視網和因特網這四個網的接入網即入戶網驚人地相似，其中入戶量最大的是電力配電網絡，全國用電戶已達10億戶之巨；此外，通電是使用其它三個網絡的基本條件。因此，完全可以利用配電系統(tǒng)現(xiàn)有網絡資源和一根復合型導線，將四個網絡合并成一個依附于電力網的復合型公共傳輸網。經專家論證，這種復合型傳輸網絡的拓樸結構，完全可以做到有機重合。可以真正解決困擾人們的信息高速公路"最后一公里問題"。其實，解決從互聯(lián)網的主干網到用戶桌面的"一公里"瓶頸現(xiàn)象，最佳的方案即是光纖入戶。這個方案之所以遲遲不能實現(xiàn)，并不是技術問題，而是投資額巨大和利用率較低，是一種大馬拉小車的超豪華方案。但如果利用電力復合型公共傳輸網使光纖入戶，就可以節(jié)省整個光纖入戶網絡的投資，而僅僅是將原來的電話線換成一根一線多用的復合導線而已。有資料表明：這種入戶方案最高的帶寬均可做到1000兆以上，帶寬的最低限也比ADSL方式高100倍，并為將來實現(xiàn)寬帶"流媒體"技術預留了一個切實可行的物理網絡平臺。光傳輸和電能傳輸屬于兩種不同類型的傳輸方式，不會產生對抗性電磁干擾；同樣，光纖和電力線屬于兩種不同類型的導體，兩種材料復合在一起無需考慮電力傳輸和光傳輸?shù)南嗷ソ^緣問題。同時光信號的傳輸也不會和其它電磁信號相互干擾。王德清說：用電力線上網，應該是利用電力網上網。
對他設想的電力復合型公共傳輸網，我們可以作以下的描述：我國的110千伏及以上高壓輸電線路，正在分步實施光纖復合架空地線改造工程。這一項目被稱為OPGW方案。盡管OPGW的初衷，是對電力通訊配置手段的升級，但隨著全國電力聯(lián)網加速，這一方案將會催生一個依附于全國電力聯(lián)合網的全國電力光環(huán)網。王德清十分聰明地將經過OPGW改造后的電力骨干網定義為復合型電力公共傳輸網的主干網。同時，他設想，在每一戶家庭中，則用一種特殊的多用插頭，將電力、電視、電信和因特網四種信號分離出來使用。甚至可以進一步設想：隨著光電子器件價格的下降，可將每戶家庭的室內電源插座全部改造成復合型智能化插座，并將所有數(shù)控家電連接一個家庭智能化局域網，使家庭生活真正實現(xiàn)網絡化生存。
完成這個過程，王德清設計了三個具體方案，即低壓配電網式寬帶接入網，低壓配電網式全光纖寬帶接入傳輸網和低壓配電網式無線寬帶接入傳輸網。王德清的專利，更像是一種專業(yè)性的發(fā)現(xiàn)。但這發(fā)現(xiàn)的偉大之處，正在于發(fā)現(xiàn)者逆人們思維的慣性而行，卻最終找到了人們思考問題的盲點。所有關于電力線上網的研究，希望通過高智慧和高科技的投入，著眼于如何提升電力線本身的潛能。可當王德清提出這個極其簡單的解決辦法時，人們才發(fā)現(xiàn)，原來身邊本來就有一條直奔主題的道路。
與其它電力線上網方案相比較，王德清的設想更具有現(xiàn)實意義。
有關復合型電力傳輸導線生產的技術非常成熟，進入的門檻十分低，不需任何風險型開發(fā)性投入。
據(jù)初步論證，這個設想的實施，將會為我國的基礎設施建設節(jié)約近萬億元的直接成本。 ---由于"四網合一"、"一線四用"的結果，將基本消除各類傳輸網絡因明線架設而造成的黑色污染（視覺污染）。
最大限度地削減電磁輻射源。
每一個家庭"四網"入戶的總投入將從3000元下降到560元左右，但卻預留了實現(xiàn)家庭電器智能化的網絡平臺。
復合型電力公共傳輸網的另一個重要意義，即是這個網絡的形成，可能會使占全國國有資產六分之一的2.5萬億元的電力資產迅速增值，而且其增值速度會令人瞠目。這個網絡的出現(xiàn)，還將催生出一系列與之相關的新興工業(yè)產業(yè)。因為這一設想，可能會引起電力、電信、電視和互聯(lián)網等行業(yè)所一貫遵循的操作和運行規(guī)程的變化。
