智能家居核心技术“电力线载波通信技术”

随着物联网、云计算等新技术的发展，早期用于智能家居的有线技术虽然具有数据传输可靠性强、传输速率高等特点，但由于体积庞大、灵活差、布线需钻墙凿洞、施工复杂、功能固定、成本相对较高，在智能家居的应用中开始显得力不从心，取而代之的将是无线通信/网络技术。无线通信/网络技术具有灵活多变、流动性佳、扩展性强等特点，更符合家庭网络通信需求， 目前已成为智能家居技术发展的趋势，并将大大促进智能家居发展，让大众家居生活更加智能化。

智能家居将门窗、照明、家电、安防、影音等家居设备集成化和系统化，要求采用一定的方式将各种设备连接起来进行统一操控和管理，而无线通信/网络技术大大满足了这种需求。随着家庭控制和智能化的不断进步，无线通信/网络技术也得到了不断完善与改进。

智能家居核心技术——电力线载波通信技术

2008年，飓风“艾克”横扫得克萨斯州东南部，整个大休斯顿都会区的电线上到处挂着北风吹来的枝权。就像消防员投入灭火战斗一样，工作人员脚蹬胶鞋，身披雨衣，手持手电筒，匆忙穿行于各个街道，搜索被北风吹断的电线，当时有200万家庭在黑暗中焦急地等待。在有些地区，这种搜索工作需要持续几周，断电导致的总损失高达几十亿美元。

在地球的另一端，斯德哥尔摩正在经历高峰时段的大堵车。连接瑞典首都城市的几座桥梁成了交通瓶颈，车辆拥堵得水泄不通。排出的废气污染着空气，数以百万加仑（加仑即usgol， lus gol≈3.79L）的燃料在浪费着，行人的安全也受到威胁。

借用信息技术行业的术语，上述情况都属于“哑巴网络问题”，说明人们并没有真正理解通勤交通或电流内在的作用原理。在原有的基础之上“让断掉的电线自己去找维修工人，让道路自己告诉车辆该走哪里”，以实现智能化的操作和应用，电力载波技术就是其中的典范。

电力线载波通信技术的特点

目前智能家居中的产品通过光纤、电缆等方式进行通信，成本较高，一个家庭的智能家居建设需要5万一6万元，因此，在一般家庭中难以普及。而采用电力线载波通信方式后，只需要将载波芯片加入各种电器中，并在网关中加入电力线载波通信方式，而不用重新布线，因此能大幅降低成本。在成本大幅降低的条件下，电力线载波通信芯片未来可能成为家电的标准配置。

电力线载波通信（ Power Line Communication，PLC）是利用高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指lOkV电压等级）或低压配电线（380V/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。该技术的最大优势是依托电力线网络，不需要重新布线，具有施工、运行成本低等特点。

由于不需要重新架设网络，只要有电线就能进行数据传递，因此PLC成了解决智能家居数据传输问题的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭范围中传输，所以束缚PLC应用的困扰将在很大程度上减弱。即便是远程对家电的控制，也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电的方式实现，PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块。

目前PLC的应用领域主要集中在家庭智能化、公用设施智能化（比如远程抄表系统、路灯远程监控系统等）以及工业智能化（比如各类设备的数据采集）。在技术上，电力线载波通信不再是点对点通信的范畴，而是突出开放式网络结构的概念，这使得每个控制节点（受控设备）组成一个网络进行集中控制， 目前在电力线载波应用上具有网络协议及网络概念的企业不多，国外有Echelon公司的LonWorks网络， 国内有KaiStar（凯星电子）电力线载波远程智能控制系统以及Raisecom（瑞斯康达）公司的瑞斯康达智能控制网络。其网络协议都是根据国际标准协议EIA 709.1及EIA 709.2编写的。

电力线载波通信技术的发展历程

通过电力线载波通信方式传送信息的历史可追溯到20世纪20年代。20世纪50年代，低频高压电力线通信技术己广泛用于监控、远程指示、设备保护以及语音传输等领域。20世纪50年代后期至90年代早期的30多年，电力线载波通信开始应用在中压和低压电网上，其开发工作主要集中在电力线自动抄表、电网负载控制和供电管理等领域。20世纪90年代后期至今，电力线载波通信开始用于互联网应用产品。

电力线载波技术的发展

通过电力线载波通信方式传送信息的历史可追溯到20世纪20年代。20世纪50年代，低频高压电力线通信技术已广泛用于监控、远程指示、设备保护以及语音传输等领域。20世纪50年代后期至90年代早期的30多年，电力线载波通信开始应用在中压和低压电网上，其开发工作主要集中在电力线自动抄表、电网负载控制和供电管理等领域。20世纪90年代后期至今，电力线载波通信开始用于互联网应用产品。

电力线载波技术的发展

虽然随着时间的发展，技术问题最终都能被解决和克服，但是从目前国内宽带网建设的情况来看，留给PLC的时间和空间并不宽裕。据《中国电力载波通信行业市场需求与投资预测分析报告前瞻》统计，2000年以来各大运营商大规模推出了ADSL、光纤、无线网络等多种宽带接入业务，留给电力线上网的生存空间已经不断被其他接入方式压缩。

“电力猫”是电力线载波技术的最新应用和发展。所谓电力猫，即“电力网络桥接器”，是一种把网络信号调制到电线上，利用现有的电线来解决网络布线问题的设备。作为科技催生的第三代网络传输设备，“电力猫”正在以其独特的优势风靡全球。其工作原理是利用电线传送高频信号，把载有信息的高频信号加载于电流上，然后利用电力传输。接收信息的电力网络桥接器再把高频信号从电流中分解出来，从而在不需要重新布线的基础上实现上网、打电话、观看1PTV、网络摄像机、存储服务器、游戏机等多种应用。用一句简单的话来概括就是一“电线就是网络线，轻松上网不受限”。

从国内电力线载波芯片的市场应用结构来看， 目前电能管理应用在市场中占据主流地位，其次为工业控制、安防监控、宽带网络等应用。未来几年在智能电网建设需求集中释放的推动下，以三相/单相载波电能表、载波抄表集中器等产品为主的电能管理市场仍将占据主要地位;但以“三表合一”、家庭防盗报警为代表的智能家居应用、井下安全保障、LED路灯控制、精细农业、污染检测等应用为代表的工业控制应用将逐渐兴起。

家庭智能系统的兴起也给PLC技术的发展开辟了一个新的发展平台。在目前的家庭智能系统中，以PC为核心的家庭智能系统是最受人热捧的。该系统的观念就是，随着计算机的普及，可以将所有家用电器需要处理的数据都交给PC来完成。这样就需要在家电与PC问构建一个数据传送网络。目前无线网络在家庭环境中被“墙多”这一特征严重影响着传输质量，特别是在别墅和跃层式住宅中这一缺陷更加明显。如果架设专用有线网络，除了增加成本以外，在以后的日常生活中要更改家电的位置也显得十分困难和烦琐，这就给无须重新架线的电力线载波通信带来了机遇。

“电力猫”的工作原理

“电力猫”是利用1.6-3 0Mbit/s频带范围传输信号的。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调就可得到原通信信号。依具体设备不同，目前可达到的通信速率为4.5- 45Mbit/s。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据经过调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，由局端将信号解调出来，再转到外部的互联网。

“电力猫”是一种全新的宽带上网方式，即先将光纤上的网络信号“调制”到普通家用电源插座上，让信号在电线上传输。在电源插座上插上“电力猫”，它会将电线上的网络信号分离出来;再用网线将“电力猫”与计算机主机网卡插口相接，即可实现上网。