有線的PLC為何能在“無線化”智能家居中占重要位置

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）PLC（Power Line Communication，電力線通信技術(shù)）在近兩年突然火了起來，這項原本被應(yīng)用在電話中的技術(shù)，卻發(fā)現(xiàn)在智能家居、樓宇自動化、電動汽車充電站、太陽能和智能電網(wǎng)也有廣泛的應(yīng)用空間。

從電話到智能家居，PLC技術(shù)的變遷

盡管PLC在近幾年才開始廣泛應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，但這項技術(shù)其實早在一個世紀(jì)之前便已經(jīng)被發(fā)明。20世紀(jì)20年代，PLC技術(shù)便已經(jīng)開始出現(xiàn)，最早這項技術(shù)被應(yīng)用于電力線電話，它的應(yīng)用范圍是在同一個變壓器的供電線路內(nèi)將電信號從電力線上濾下來。

而在中國，20世紀(jì)40年代已有的載波機在東北運行，作為長距離調(diào)度的通信手段。所謂載波機，就是一種能在一對或兩對線上傳輸多路電話的傳輸設(shè)備，應(yīng)用頻分多路復(fù)用原理。

其工作原理是利用電網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)信號，采用明線作為傳輸媒介。載波模塊則是單相電力線通信調(diào)制解調(diào)器，利用電網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)信號，適用于一般環(huán)境下將電力載波信號轉(zhuǎn)換成RS232或RS485接口。

電力載波和電力線通信技術(shù)都是利用電力線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，但是它們的應(yīng)用場景不同。電力載波技術(shù)是一種將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過電力線進行傳輸?shù)募夹g(shù)。而電力線通信技術(shù)則是指利用高壓電力線、中壓電力線或低壓配電線作為信息傳輸媒介進行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信。

到了1991年，美國電子工業(yè)協(xié)會確認了三種家庭總線，電力線是其中一種。1997年10月，Northern Telecom公司宣布進行數(shù)字電力線技術(shù)的開發(fā)，這項技術(shù)將使電力公司能夠在電力線上以1Mbps的速度傳送數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)。

隨著技術(shù)的成熟，由思科、英特爾、惠普、松下和夏普等13家公司成立“家庭插電聯(lián)盟”（HomePlugPowerline Alliance），致力于創(chuàng)造共同的家用電線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)從1999年起，中國電科院就開始對高速PLC進行研究，并在2001年8月，在沈陽建立了第一個實驗網(wǎng)絡(luò)。又從2001年12月起，國電通信中心開始組織國內(nèi)外廠商在北京居民區(qū)開展PLC應(yīng)用試驗。

因此從早期的應(yīng)用來看，可以將PLC看做是銅纜寬帶。但其實國內(nèi)大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信用的仍然是網(wǎng)線，近幾年開始全面普及光纖，PLC并未被作為民用通信技術(shù)。原因很簡單，家居場景中，干擾因素太多，抗干擾能力較弱成為PLC的一大痛點。

但隨著AI技術(shù)的迅速發(fā)展，讓PLC進入到普通家庭，實現(xiàn)智能家居控制提供了可能。并且PLC想要真正應(yīng)用在家庭環(huán)境中，其核心便是PLC芯片，已經(jīng)有不少廠商透露，其PLC芯片具備抗干擾能力，助力PLC應(yīng)用在智能家居領(lǐng)域。

PLC在智能家居中的優(yōu)勢

如今的智能家居大多數(shù)仍然使用Wi-Fi、藍牙等無線連接技術(shù)，但PLC這種依靠有線的技術(shù)卻依然占據(jù)了一定的市場份額。這與PLC本身的優(yōu)勢分不開，比如PLC能夠在裝修前便實現(xiàn)安裝，利用現(xiàn)有的電力線，不用架設(shè)網(wǎng)絡(luò)就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

簡而言之，PLC可以充分利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)，便能簡單地實現(xiàn)家居智能化的改造。并且PLC能夠讓家庭中的多個設(shè)備實現(xiàn)自動快速組網(wǎng)，單節(jié)點上電毫秒級入網(wǎng)，適用于單節(jié)點設(shè)備上下電、更換、插拔等場景，還支持動態(tài)路由、多路徑尋址等功能。

相比無線網(wǎng)絡(luò)，PLC在穩(wěn)定性上具有顯著優(yōu)勢，其PLC芯片本身的核心競爭力便是噪聲與衰減問題，來保證通訊穩(wěn)定。比如華為海思建有最全的電力線噪聲數(shù)據(jù)庫，根據(jù)電力線數(shù)據(jù)進行仿真建模，并回放到實驗室電力線環(huán)境中進行通訊測試，在一些模擬極端惡劣環(huán)境下，已經(jīng)穩(wěn)定運行4年以上。

除了穩(wěn)定性以外，PLC穿墻能力也非常優(yōu)秀，只要有電力線，即便拉距達到1000米，也可以控制，不受戶型限制。同時還擁有低時延、響應(yīng)快、通信可靠等優(yōu)勢。

當(dāng)然，雖然有了這么多優(yōu)勢，但最難解決的仍然是干擾問題。電線本身其實非常容易受到外界干擾，也不是一個很理想的信號載體。而家庭電壓為220V，但在實際場景中，并不是穩(wěn)定的，并且家用電器的使用也會影響到電流的穩(wěn)定性，甚至并列的電線也可能會產(chǎn)生感應(yīng)，從而造成干擾。

這也是為什么基本上所有的家用電器幾乎都裝有濾波模塊，就是為了得到一個純凈的家用交流電。那么解決PLC面臨的干擾問題呢？要知道在家居環(huán)境中，變頻器諧波、線纜和強電磁干擾最常見。而且電力線上的設(shè)備越多，干擾就會越復(fù)雜。

這里主要有三個方法，分別是保持良好接地、改造成屏蔽型線纜、加入信號隔離器。但問題是，由于家居場景的復(fù)雜性以及隨機性，即便這幾個方法都完美實現(xiàn)，也無法保證信號就可以不受任何干擾。

好在，隨著芯片技術(shù)的進步，以及AI算法的快速發(fā)展，可以通過智能調(diào)制，通過AI來排除可能存在的噪聲，讓電力線的信號盡可能純凈，但這對于廠商設(shè)計濾波器提出了更高的要求。

目前已經(jīng)有部分廠商能夠針對性解決PLC面臨的噪聲問題，這也是PLC能夠在智能家居領(lǐng)域中快速發(fā)展的重要原因。畢竟基于PLC的路由器，是一個很好的組網(wǎng)選擇，子路由也不需要依賴網(wǎng)線，部署非常靈活。

小結(jié)

相比目前被廣泛使用的無線連接技術(shù)，PLC具有高穩(wěn)定性、部署成本低、低時延等優(yōu)勢，但復(fù)雜的家庭電磁環(huán)境，一直是阻礙PLC用于智能家居領(lǐng)域的重要原因。好在已經(jīng)有部分廠商給出了解決電力線受干擾的方案，加入AI技術(shù)來輔助進行動態(tài)調(diào)節(jié)，從而使PLC進入到家庭場景中成為可能。