有线的PLC为何能在“无线化”智能家居中占重要位置

电子发烧友网报道（文/黄山明）PLC（Power Line Communication，电力线通信技术）在近两年突然火了起来，这项原本被应用在电话中的技术，却发现在智能家居、楼宇自动化、电动汽车充电站、太阳能和智能电网也有广泛的应用空间。
 
从电话到智能家居，PLC技术的变迁
 
尽管PLC在近几年才开始广泛应用于智能家居领域，但这项技术其实早在一个世纪之前便已经被发明。20世纪20年代，PLC技术便已经开始出现，最早这项技术被应用于电力线电话，它的应用范围是在同一个变压器的供电线路内将电信号从电力线上滤下来。
 
而在中国，20世纪40年代已有的载波机在东北运行，作为长距离调度的通信手段。所谓载波机，就是一种能在一对或两对线上传输多路电话的传输设备，应用频分多路复用原理。
 
其工作原理是利用电网传送数据信号，采用明线作为传输媒介。载波模块则是单相电力线通信调制解调器，利用电网传送数据信号，适用于一般环境下将电力载波信号转换成RS232或RS485接口。
 
电力载波和电力线通信技术都是利用电力线进行数据传输的技术，但是它们的应用场景不同。电力载波技术是一种将模拟信号转换为数字信号，并通过电力线进行传输的技术。而电力线通信技术则是指利用高压电力线、中压电力线或低压配电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。
 
到了1991年，美国电子工业协会确认了三种家庭总线，电力线是其中一种。1997年10月，Northern Telecom公司宣布进行数字电力线技术的开发，这项技术将使电力公司能够在电力线上以1Mbps的速度传送数据和话音业务。
 
随着技术的成熟，由思科、英特尔、惠普、松下和夏普等13家公司成立“家庭插电联盟”（HomePlugPowerline Alliance），致力于创造共同的家用电线网络通讯技术标准。
 
国内从1999年起，中国电科院就开始对高速PLC进行研究，并在2001年8月，在沈阳建立了第一个实验网络。又从2001年12月起，国电通信中心开始组织国内外厂商在北京居民区开展PLC应用试验。
 
因此从早期的应用来看，可以将PLC看做是铜缆宽带。但其实国内大多数的网络通信用的仍然是网线，近几年开始全面普及光纤，PLC并未被作为民用通信技术。原因很简单，家居场景中，干扰因素太多，抗干扰能力较弱成为PLC的一大痛点。
 
但随着AI技术的迅速发展，让PLC进入到普通家庭，实现智能家居控制提供了可能。并且PLC想要真正应用在家庭环境中，其核心便是PLC芯片，已经有不少厂商透露，其PLC芯片具备抗干扰能力，助力PLC应用在智能家居领域。
 
PLC在智能家居中的优势
 
如今的智能家居大多数仍然使用Wi-Fi、蓝牙等无线连接技术，但PLC这种依靠有线的技术却依然占据了一定的市场份额。这与PLC本身的优势分不开，比如PLC能够在装修前便实现安装，利用现有的电力线，不用架设网络就能够实现数据传输。
 
简而言之，PLC可以充分利用现有的电力网，便能简单地实现家居智能化的改造。并且PLC能够让家庭中的多个设备实现自动快速组网，单节点上电毫秒级入网，适用于单节点设备上下电、更换、插拔等场景，还支持动态路由、多路径寻址等功能。
 
相比无线网络，PLC在稳定性上具有显著优势，其PLC芯片本身的核心竞争力便是噪声与衰减问题，来保证通讯稳定。比如华为海思建有最全的电力线噪声数据库，根据电力线数据进行仿真建模，并回放到实验室电力线环境中进行通讯测试，在一些模拟极端恶劣环境下，已经稳定运行4年以上。
 
除了稳定性以外，PLC穿墙能力也非常优秀，只要有电力线，即便拉距达到1000米，也可以控制，不受户型限制。同时还拥有低时延、响应快、通信可靠等优势。
 
当然，虽然有了这么多优势，但最难解决的仍然是干扰问题。电线本身其实非常容易受到外界干扰，也不是一个很理想的信号载体。而家庭电压为220V，但在实际场景中，并不是稳定的，并且家用电器的使用也会影响到电流的稳定性，甚至并列的电线也可能会产生感应，从而造成干扰。
 
这也是为什么基本上所有的家用电器几乎都装有滤波模块，就是为了得到一个纯净的家用交流电。那么解决PLC面临的干扰问题呢？要知道在家居环境中，变频器谐波、线缆和强电磁干扰最常见。而且电力线上的设备越多，干扰就会越复杂。
 
这里主要有三个方法，分别是保持良好接地、改造成屏蔽型线缆、加入信号隔离器。但问题是，由于家居场景的复杂性以及随机性，即便这几个方法都完美实现，也无法保证信号就可以不受任何干扰。
 
好在，随着芯片技术的进步，以及AI算法的快速发展，可以通过智能调制，通过AI来排除可能存在的噪声，让电力线的信号尽可能纯净，但这对于厂商设计滤波器提出了更高的要求。
 
目前已经有部分厂商能够针对性解决PLC面临的噪声问题，这也是PLC能够在智能家居领域中快速发展的重要原因。毕竟基于PLC的路由器，是一个很好的组网选择，子路由也不需要依赖网线，部署非常灵活。
 
小结
 
相比目前被广泛使用的无线连接技术，PLC具有高稳定性、部署成本低、低时延等优势，但复杂的家庭电磁环境，一直是阻碍PLC用于智能家居领域的重要原因。好在已经有部分厂商给出了解决电力线受干扰的方案，加入AI技术来辅助进行动态调节，从而使PLC进入到家庭场景中成为可能。