迈向未来 电力线通信技术渐入辉煌
在十余年前，宽带接入技术是业界探讨的热点，当时正从56K Modem转入宽带网络，竞争技术包括电信ADSL、广电网、小区宽带（以太网）等多种类型，但终ADSL和小区宽带赢得终的胜利，基于有线电视的广电宽带仅在小范围获得应用，而当时另外一项更为小众化的电力线宽带技术，似乎只是停留在纸面上。
电力线宽带的接入示意图
十余年后的今天，宽带接入的热点更多体现在有线与无线之争，这一次，基于移动通信的3G、4G技术抢占了风头，而作为有线宽带的光纤接入则取代ADSL成为未来的方向——但也是这时候，电力线通信技术卷土重来，给我们提供了新的选择，这项技术的全称为“Power Line Communication”，通常也被简称为PLC。除了作为宽带接入的手段，电力线通信在高速家庭联网中找到了自己的位置，事实上这也是该技术重新获得关注的关键所在。
电力线通信的优点与系统构建
同现有的各类有线通信技术相比，电力线通信具有两个鲜明的优势：一是无以伦比的方便性——只要有电力供应的地方，只要有电源插座的地方，都能实现网络接入。很显然，现在哪怕是偏远的山区、都接入了统一的电网系统。第二个优点就是接入带宽——现时的电力线接入可提供200Mbps的带宽，远远超越了当前的ADSL，完全可以同光纤接入相媲美，而后者由于需要重新布线，网络铺设成本高昂，且在家庭环境中的方便性远不如电力线技术。
电力线通信的基本原理并不复杂，就是利用现有的电力网作为物理传输介质，将数据信号调制在整个电力网中，接收方借助解调设备（也称为电力猫）将信号还原，为PC、笔记本电脑、智能手机等计算终端提供网络接入服务。这一点同ADSL其实并不二致，只不过ADSL利用的是有线电话线路而已。
在实际的网络传输层面，骨干的数据传输并不需要借助电力网，而是由原本的光纤网络负责。电力网本身只负责接入端的工作，如在典型电力线通信系统图中我们可以看到，远端的数据服务器通过光纤网络，将数据发送至变电站的服务器中，变电站的服务器再将数据调制到电力网，终由电力网将数据信号发送至其覆盖的范围内。但电力网本身的特性使然，它只能实现长距离但低速的数据传输，或者是高速但短距离的传输，因此电力线接入系统必须每隔半公里左右就安置一个信号中继器，起到放大信号的作用，这就必须对传统电网进行非常大量的改造——而目前电信运营商的光纤铺设工作普遍到位，电力网作为数据中枢的意义已经不大，室内环境的联网才是它真正的舞台。
在用户接入层面，需要有局端设备和终端设备配合，前者也被称为电力路由器，它一般安置在楼宇的配电室中。后者也就是电力调制解调器、通常称为电力猫或电力网卡，它用于用户的家庭内。一台局端设备一般可以拖带几十台电力猫，如果用户要想使用电力宽带，那么就需要有运营商提供相应的Internet出口，并在用户的楼宇中安装了电力局端设备，然后用户购买电力猫，就可以用它来上网了。
一旦电力线通信网络建成，接下来的使用就相当简单：用户可以在室内任何有电源插座的地方，将电力猫一端插到电源插座上，另一端接到电脑，不必拨号、立刻就能享受到高速网络接入——接入的速率取决于运营商的服务，电力通信本身具有高达200Mbps速率的潜力。
相较常规的宽带接入，电力线通信技术在家庭组网方面的优势更为人称道：计算机、打印机、VoIP电话和各种智能控制设备都可通过普通电源插座，由电力线连接起来，无需网络布线，便可组成基于电力线的局域网，高速共享Internet网资源。另外，用户也可以将房屋内的电话、电视、音响、冰箱等家电利用电力通信技术连接起来，进行集中控制，实现智能家庭的梦想。而当前无论ADSL、以太网接入、光纤接入还是3G、4G技术，都无法在组网和家电联结方面有所表现，这些宽带接入只是提供简单的互联网接入，而无法像电力线一样能够接管了组网职能，更不可能与传统的白色家电发生耦合关系。
从这一点出发，我们认为智能家庭是电力线接入重新获得重视的关键原因，现行家电厂商，只要在产品中加入电力猫设备，便能将冰箱、音响、电视等设备纳入计算系统中，这意味着你可以用智能手机轻松地从远程遥控这些设备。电力线通信技术的发展也符合这一潮流，在十年前它们将重点放在宽带接入方面，而十年后的今天，高速家庭网络被重新定义为电力线通信的核心应用。
电力线通信的标准概况
从基本原理到终的实现，这期间要经历复杂的工作方能完成，其中标准化的工作尤其关键。标准主要用于定义信号的调制/解调技术、传输带宽选择、数据传输性能、QoS技术方案和安全机制等属性，它明确了电力线宽带的具体实现。目前电力线接入可以分为美规、欧规、日规等三大阵营，居于领先优势的是HomePlug电力线联盟（HomePlug，powerline alliance，简称HPA），它主要由美国的PLC芯片厂商构成，核心成员接近50位，包括Atheros、Broadcom、D-Link、ETSA Utilities、川崎微电子美国公司、Marvell Semiconductor、Polaris Networks、Sigma Designs 及 Western Digital；Duke Energy 及意法半导体等业内知名企业。与之竞争的机构是欧洲的环球电力线协会（Universal Powerline Association；UPA），它的中心是西班牙DS2公司。另外日本松下创建的CEPCA消费电子电力线通信联盟也占有一席之地，它的特点是采用独特的Wavelet OFDM调变技术。这样在一般情况下，我们就将电力线通信分为HPA(美规)、UPA(欧规)、CEPCA(日规)三个体系，其中HPA联盟在过去一度拥有明显的优势。
而在这三个企业团体之外，作为电气标准制定机构的IEEE（电气和电子工程师学会）和ITU（国际电信联盟，简称国际电联）也都先后致力于制定统一的电力线通信标准，IEEE旗下的P1901工作组便是专门为此设立，HPA联盟和UPA联盟都是该工作组的成员。而ITU则是联合国旗下的机构，它在2009年制定的G.hn标准发展势头强劲，欧规UPA的核心成员DS2公司、日规CEPCA核心成员的松下公司在2008年后都加入HomeGrid组织、共同推进ITU的G.hn标准，这样客观上形成了HomePlug阵营与推进G.hn的HomeGird阵营。
HomePlug标准：现时电力线通信的主导技术
作为美规的HPA联盟在市场上占据绝对优势，拥有超过50家以上的宽带运营商采用HomePlug技术，部署所谓的宽带三合一方案。目前HPA旗下的HomePlug及HomePlug AV设备目前在全球的宽带电力线通信市场中，占有高达百分之八十以上的市场份额，HPA的持续成长茁壮、也吸引了许多新成员的不断加入，例如硅芯片、服务供应商以及OEM制造厂商。HPA也因此具备了完整的产业代表性，并在全球范围内创建HomePlug生态系统。
HPA一共制定出HomePlug 1.0、HomePlug turbo、HomePlug AV、HomePlug Green PHY等多种规格，其中HomePlug 1.0标准完成于2001年6月，也是全球第一个电力线通信技术标准。
2001年6月宣布的第一代高速电力线网络的技术规范，是全球第一个PLC技术标准，它的技术要点主要涵盖以下特征：
·综合的物理层（PHY）和媒介接入控制层（MAC）
·信号调制技术：正交频分复用（OFDM）
·频带宽度： 4.3MHz～20.9MHz
·数据速率：高达14Mbps
·84个子载波
·频道自适应
·前向纠错（FEC）
·载波调制方法支持：DQPSK, DBPSK, ROBO
·接入方法支持：CSMA/CA
HomePlug 1.0很好地完成了电力线接入的使命，14Mbps的速率在当时看起来也颇为先进。但作为第一代技术，HomePlug 1.0在后来的商用中暴露出一系列的不足，尤其是噪音干扰是其致命伤。比如在用电高峰期，信号容易出现波动，再者电力线上一般会接入许多电器设备，这些设备插入或断开、开机或关闭电源，都可能导致电力线的电流和电压不断地变化，造成上网速度的减慢，如有时打开电视后你会发现网络传输速度从2MB一下跌到64KB甚至更低，严重影响了正常使用。也是因为这个原因，HomePlug 1.0标准在物理层的传输速率也仅仅止步于14Mbps。
电力线通信在家庭联网中具有更大的用武之地。
2004年，HPA联盟接着推出升级版的HomePlug 1.0 Turbo版，它较好地解决了抗干扰的问题，实用性大大提升，且将理论速率提升到85Mbps的水准。HomePlug 1.0 Turbo的性能很好地满足IPTV等高带宽任务的需要，在后来得到较为广泛的应用，我们可以将它看作是第一代成熟的HomePlug。
在2005年12月，革命性的HomePlug AV标准正式颁布，它将理论传输速率一举提升到200Mbps，实际应用也可稳定在100Mbps的水平线上，这样的性能已足以媲美光纤宽带。其次，HomePlug AV标准对QoS技术进行了定义，使之能够确保128bit-AES编码的视频和音频流能够正常传输，并且在安全方面有显著的提升。
竞争电力线通信标准的两大阵营：HomePlug与HomeGrid。
在信号技术方面，HomePlug AV仍然是采用OFDM调制方式，但它在2MHz～28MHz的频段范围内动用了917个子载波，并支持可编程的频谱密度、以适应不同国家和地区的频谱管制要求。同时，每个子载波可以根据信号格式和线路质量的要求，单独地采用BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM等不同的调制技术，同时采用Turbo FEC错误校验机制，使得物理层线路的传输速率突破200Mbps的水平，实际有效数据速率也达到了150Mbps。
HomePlug AV拥有高性能的另一个关键在于，它加入了先进的噪音处理技术，能够有效地应对电压起落、电器设备复杂的网络环境。在实际测试中，即便使用陈旧的电线，HomePlug AV的传输性能也未出现明显下降——根据统计，HomePlug AV在80%的电线插座中可获得至少为50Mbps～55Mbps的净数据率，95%的插座中达到35Mbps以上的带宽，98%的插座达到27Mbps以上的带宽，这也意味着基于HomePlug AV的电力线网络，真正可以承担起构筑高速家庭网络的使命。
现在，HPA联盟正在为HomePlug AV2标准的推广而努力，HomePlug AV2在今年1月份正式颁发，它通过引入了MIMO多进多出技术，大幅度提升了数据流量，在不需额外信号放大的前提下将数据传输率推高到Gbps的高峰。根据HPA联盟的说法，新一代的HomePlug AV2将可带来上一代5倍以上的传输流量以及更可靠的影像质量，并且除了1080p以外，传输更高级别的超高清影像也不再是梦想。
但也是这个时候，HPA联盟遭遇来自ITU-T国际电联的挑战，后者在2009年颁布G.hn标准获得更为广泛的支持，目前其技术发展趋势已逐渐凌驾于HomePlug AV2之上，有望成为未来家庭有线联网市场的主流技术。
ITU G.hn/HomeGrid阵营：以开放和兼容取胜
HomePlug实质上是一个企业集团联合推出的技术方案，本身仍属于私有性技术，而要得到整个业界范围的支持，仍然需要一个公开的标准。ITU（国际电信联盟）和IEEE（美国电气和电子工程师协会）是承担这项任务的两大机构，前者为联合国领导，主管信息和通信技术事务，后者则为美国电子工程师联合会，但拥有来自175个国家的36万成员，是世界上大的专业技术组织之一。
基于HomePlug 1.0 Turbo的电力线宽带接入系统
ITU在2009年颁布了针对电力线通信的G.hn标准。这项标准刚开始没有获得足够的关注，但在英特尔为首的HomeGrid组织力推下，G.hn标准隐然有击败HomePlug AV2标准之势，有望成为未来电力线接入的主流技术之一。
HomeGrid组织与G.hn标准几乎是共生关系——我们知道ITU并不是企业集团，它所制定的G.hn标准必须获得企业的支持才能够进入商用，HomeGrid组织便因此存在，它的地位就相当于当年推广802.11b无线局域网技术的WiFi联盟。HomeGrid的核心成员包括英特尔、英飞凌、德州仪器以及松下公司，另外7家创始成员分别是Aware、DS2、Pulse Link、Ikanos、Sigma Designs、Westell、Gigle半导体公司——我们可以看出，原先欧规UPA的西班牙DS2公司，以及日规的松下公司，都成为G.hn标准的支持者。德州仪器因为自身方向的变化离开了HomeGrid组织，但仍公开表示支持G.hn的发展。
HomePlug阵营暂时只支持电力线为介质，尚无法将同轴电缆、电话线整合一体。
G.hn标准同样采用OFDM编码和MIMO多进多出技术，它的传输性能同样能够达到1Gbps——除了支持电力线作为传输介质外，G.hn还支持用电话线、同轴电缆等不同的介质，用户若使用G.hn标准的产品，能够非常方便地搭建家庭信息网络。G.hn的技术要点主要包括以下内容：
·全面的家庭覆盖和极高的性能，预计数据传输速率将比传统技术高出四倍；
·G.hn在同一个单芯片上为各种线缆媒介提供卓越性能，其中包括同轴电缆、电话线和电力线；
·高清IPTV优化；
·支持桥接、智能中继、所有的TCP/IP协议栈和IP多点播送（IP-Multicast）；
·嵌入式TR-069andTR-111远程管理客户端；
·安全设计可更好应对各种攻击方式以及严格的电源管理；
·采用基于全球标准的技术，可被全球市场广泛接受；
·与传统的产品共存，其中包括数百万已部署的UPA设备；
·与各种 G.hn基带频带分配方案（25MHz、50MHz、100MHz）具有良好的互操作性；
·经过现场验证的SPIRIT firmware以及功能强大的API有助于缩短产品上市时间，同时可针对具体应用进行广泛的定制。
作为世界性的、全球支持的技术标准，G.hn的制定过程饱受外界关注。该标准包含数据链路层（G.9961）、物理层（G.9960）和共存协议（G.9972）三大部分内容，都在2010年6月完成。由于G.hn可以同时支持电力线、同轴电缆和电话线，不可避免对已有的家庭有线联网标准产生冲击，同轴电缆多媒体联盟(MoCA)和HPA电力线联盟都抨击说G.hn无法对现行的设备保持向下兼容，会给消费者造成困扰。
G.hn可以同时支持电话线、电力线和同轴电缆，是高速家庭网络的理想选择。
英特尔公司对G.hn高度热忱，在标准正式确立后，英特尔公司技术战略官Matt Theall说：“在一个充斥着众多不兼容技术的产业里，我们对国际电联倡导和制定一个真正提供所有线缆连接和下一代性能的标准表示祝贺。G.hn是唯一支持家庭所有线缆的技术平台。我们认为，在今年晚些时候这项技术商业化时，消费电子产品制造商、PC厂商和服务提供商——以及在这些市场中运作的每 一个组织团体——都将从中受益。”
国际电联通信标准局的主管Malcolm Johnson也表态：“市场对全球标准的需求越来越显著。国际电信联盟迅速批准了这一标准，而且它得到了所有191个成员国的赞同。因此，它是一个满足快速增长的市场需求的真正全球标准。”开放、支持所有介质的属性让G.hn迅速得到了服务提供商、消费电子制造商、PC公司和公用事业公司的支持。
然而，一些欧洲的服务提供商对G.hn并不乐观，毕竟在标准推出的2010年，G.hn的支持者在家庭联网领域的实力都相对薄弱，而HomePlug联盟的成员几乎都是该领域的精英，他们在终端产品上拥有重量级的地位。业内普遍认为，在G.hn标准与HomePlug技术融合之前，G.hn不可能获得全面的成功。
受到G.hn的冲击，基于同轴电缆的MoCA联盟与HPA电力线联盟开始进行合作，同时支持两家标准的芯片组率先出现，并且这两项标准致力于相互结合，以应对来自G.hn阵营的冲击。
作为数字家庭领域的领先者，Sigma Designs在2010年10月推出第一款G.hn芯片组CG5110，它可以同时支持电力线、同轴电缆、电话线等多种传输介质，并让家庭中的每一个插口都可以和基于IP协议的其他任何一个插口通信，形成单一的网状网。CG5110支持即插即用解决方案——三种线路均支持自动配置、自行安装，用户所需要做的只是简单的接上接头、或者将不同的接头通过中间设备连接起来，不再需要额外的复杂配置工作。这就意味着，借助这套技术，现有的家庭不必变更布线系统，即能够体验到高达1Gbps的高速网络。值得一提的是，CG5110保持对已有家庭网络协议的完美兼容，对HomePNA 3.1和HomePlug AV Version 1.1/IEEE P1901都能够提供支持，可以同已有的设备进行良好的协作。对HomePlug的兼容被认为是G.hn标准的关键进步，令竞争的天平悄然倒向G.hn。而在实际的产品测试中，CG5110芯片组的表现出色，无论覆盖率、稳定性和速度表现皆优于现时的HomePlug AV2产品。
领特公司(Lantiq)在2011年1月份也推出自己的G.hn解决方案：XWAY HNX芯片组，这套方案在线路优化选择方面优势明显，比如在整个家庭网络内都能够进行自动路径选择，通过实时链路质量信息来选择佳的通信路径——802.11n、有线以太网、同轴线路、电力线等等，并动态地规避造成网络瓶颈的线路噪音。
凭借领先的技术特性和广泛的支持，G.hn在电力线通信和高速家庭网络中表现出很强的竞争力，Sigma在内的许多芯片厂商都开始对其提供支持。在商业支持方面，除了英特尔为首的HomeGrid联盟外，HomePNA联盟（Home Phoneline Networking Alliance）也早在2009年就公开表示，将与HomGrid联手推进G.hn标准——HomePNA是一项采用电话线为介质的家庭网络标准推进组，现在大家都意识到能同时支持电话线、电力线和同轴电缆的G.hn标准是更好的选择。
G.hn获得广泛的商业联盟支持，虽然在其支持者中，芯片组厂商的成员比例较少，但并不妨碍G.hn在标准之争中居于上风地位，反观HomePlug阵营，因其成员多为家庭网络设备厂商，在产品推出上具有天然的优势，但新的HomePlug AV2标准仍未摆脱私有和封闭的色彩，为广大电信运营商所摒弃，也不可能获得各国政府的支持。
电力线通信的未来
家庭网络拥有复杂的设备和多种规格的线缆，G.hn将其整合一体的优势是获得广泛支持的基础。
从初的宽带接入，演变到现在的数字家庭联网，电力线通信技术在这十年间实现了华丽的变身。作为宽带接入的后一公里，电力线在发展空间上明显高于ADSL，但今天我们已经有足够多和足够成熟的各类宽带接入技术，电力线接入就显得不是那么必要。更何况在室外的环境下，利用电力线传输数据信号，要面临对整个电网大改造的问题，电力运营商对此恐怕也是兴趣不高。毕竟现时的电信企业都竞相做好光纤入户的准备、提前占领了市场。
领特公司推出的XWAY HNX芯片组，可以同时支持同轴电缆、电话线和电力线作为介质。
相反，在高速家庭联网领域，尚没有哪一项技术能够很好地胜任——绝大多数现有的家庭都没有铺设以太网线，即便有预留、网线接口的数量也是比较欠缺，重新布线会对家庭装修造成破坏、并不现实。现在的WiFi号称具有300Mbps甚至450Mbps的传输性能，但实际应用会因墙体屏蔽、造成性能的大幅度下降，难以很好地胜任1080p这类高清视频的传送需要。而以G.hn和HomePlug AV2为代表的电力线技术，几乎完美地解决了上述所有困难，尤其是G.hn能够同时支持电力线、同轴电缆和电话线，并将不同线路联结为一个整体，用户可以在完全不改变现有设施的情况下、轻松地建立起高速家庭网络，这样的应用前景几乎注定了电力线通信将以新的面目重新崛起，而且很明显，未来的家庭网络将以G.hn或HomePlug AV2为中心，下一代WiFi难以同此种廉价、方便、高性能和高稳定性的技术抗衡。
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