1 引 言
電力網作為電能輸送的專用網絡，是國家基礎網絡之一。其網絡的建設質量、機械強度、路權通道、安全經濟技術指標等都是經過反復論證合理優化的。它的覆蓋面之廣、容量之大是任何網絡都不能相比的。所以，這樣的電力網就是一種優質的不可多得的資源。如果對這一優質的網絡資源（桿塔、導線、溝道、路由、通道、路權及其它金屬材料等）進行充分的開發和利用，毫無疑問它將成為全社會的一個公共傳輸網絡。這一網絡資源可以說是一座待開發的“金礦”。
因此，像日本、德國、美國、以色列、韓國等發達國家對此己進行了數年的研究，我國也在此行列之中。全世界一直不遺余力地研究電力線網絡的再開發再利用技術，就是因為電力網這一優質的網絡資源除了能給工農業生產和人們的工作生活及全社會輸送強大的電能外，還能同時作為一個十分優質的、且有很好各項指標的、高速寬帶通信網絡的基礎設施。如果真正做到了電力網的物盡其用，那么人類社會的信息產業網絡化建設就會更加高速、經濟、優質。同時會因此帶來巨大的社會效益和經濟效益。所以，全世界都特別關注這一巨大而優質的網絡資源，他們正在利用科學技術欲使電力網資源再次造福人類。
2 電力線上網的研究現狀
各公司都推出了各自先進的電力線通信技術（英文Power Line Communication），簡稱PLC，也就是我們一般所說的用電力線上網。電力線上網，實際上就是利用電力線載波通信技術和電力線的入戶功能來實現多媒體數據的網絡化傳輸。但這種方式從傳輸媒質上來講，與電話線上網并沒有區別，都是利用金屬導線作為傳輸媒質，不同的只是兩者所適應的傳輸頻率不同(PLC一般為17 ～30MHz)。而電力線上網除了其它技術難題外，還有兩大問題始終得不到根本性的解決，一是無屏蔽措施的電力線在傳輸高頻電信號時會像發射天線一樣對空間產生高頻電磁輻射，二是與電信網的銅絞線一樣存在“最后一公里”或者“最后一百米”問題。盡管一些研究資料稱：電力線上網最高理想速度可達到每秒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：現在所有關于電力線上網速度的研究數據，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國際化大公司最近突然宣布，擱置電力線上網項目的研究開發。據說是因為電力線上網不能實現高質量的數據傳輸。電力線上網就是銅線上網，在銅線上不可能無限制的提升傳輸數據通訊容量的潛能。所以，目前眾說紛紜的電力線上網技術，要想進入實用化、產業化還有較長的路要走。在我國現有技術條件下實現電力線上網，很難解決電網負荷多變、諧波干擾以及其它電磁信號和數據傳輸信號之間的互相干擾問題。有一份資料說：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，也對此做了相關限制性規定。日本總務省于7月31日召開了第5次“電力線傳輸通信設備研究會”，并對緩和電力線高速通信(PLC)限制議案做出了最終結論。結論是，在目前的PLC調制解調器及電力線的前提下，對數Mbit/秒以上的高速PLC所需頻率進行商業開放存在困難，但是如果是用于試驗目的，將根據具體情況而定。
盡管電力線上網是一種全新的寬帶上網方式，但認真追溯起來，其實通過電力線通訊已經有十幾年的發展歷史，早在1990年英國Norweb通訊公司就開始對電力線載波通訊進行研究，隨后Norweb通訊公司又與加拿大北電網絡聯手，共同開發這項新技術，并且于1998年就已成功地進行了采用傳統的輸電線路進行Internet接入的試驗。2001年3月德國電力工業巨頭RWE公司和它的合作伙伴瑞士的Ascom發起一項名PowerNet的計劃。根據這項計劃，兩家公司將向大約20， 000用戶提供這種利用電源線路的互聯網接入服務。在我國，電力線上網的試驗工作從2001年12月份就開始了，盡管最初參與試驗的用戶只有7戶，但這標志著中國電力線上網運用的一個開端。當時使用的是國外的產品，這一試驗的目的是為了驗證中國的低壓配電線路是否適合電力線上網的應用和推廣。小范圍內試驗結果證明，目前家電的使用不會影響到上網的速率，因為上網所使用的頻率和家電使用的頻率不是同一個傳輸頻段。最近，我國福建省的有關部門在北京善果胡同開辟的寬帶小區網中進行試驗，試驗的內容主要為這個小區的24戶居民安裝了高速電力調制解調器，利用這種技術幫助用戶接入因特網，并對網絡的傳輸速度進行了測試，發現其傳輸速率可以達到10M，而且經過半個月時間的測試，發現該系統工作穩定、數據傳輸流暢，獲得小區居民的普遍歡迎。
3 電力線上網的原理分析
電力線上網的關鍵技術是PLC傳輸技術，它是專門為提供端到端接入而設計的。該項技術涉及的內容貫穿了從家用電源插座和最終用戶終端到電信網絡入口點的整個過程。
PLC技術包括的主要內容有：
★ 電力線網絡單元（PNU）：它主要負責控制電力線網絡，并完成單元配電網集成話務的任務，同時還通過適當的電信干線接口，將話務傳至饋電網絡。
★ 電源線網絡終端（PNT）：它是為終端用戶PC 或其它用戶提供的接口。
★ 偶合設備（CouplingUnit）：它是用以將信號傳入線路并過濾噪音，使PC可以直接在網上運行。
★ 正交頻分多路復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM技術）：
它可以提高電力線網絡傳輸質量，提供高帶寬并且保證帶寬傳輸效率，其糾錯技術可以確保可靠的數據傳輸。配電網是一種共享介質，所有與之相連的用戶都共享同一“電纜”，在典型的城市配置中，一般一個變壓器要與大約100到200個用戶相連。在這種情況下，PLC系統能夠在1Mbps的最佳傳輸速率下支持80個用戶。
大家知道，因特網是由分布在世界各地數以萬計的各種規模的計算機網絡，使用 TCP/IP協議（傳輸控制協議/網間協議），借助網絡互聯設備——路由器，互相連接形成全球通信的數據網絡集體，目前已連接180多個國家和地區。因特網的物理結構主要是由通信線路、路由器、服務器及客戶機組成，其中通信線路是Internet的基礎設施，各種各樣的通信線路將 Internet中的路由器、服務器、計算機連接起來，通信線路主要分為兩類：一類是有線線路，包括光纖，同軸電纜，雙絞線等；另一類是無線線路，如：衛星，無線電等。而路由器是Internet 中最為重要的設備之一，當數據從一個網絡傳輸到路由器時，路由器需要根據所要達到的目的地，為其選擇一條最佳路徑，指明數據應該沿著哪個方向傳輸。如果所選路徑比較擁擠，路由器負責指揮數據排隊等待。接入因特網的主機通常可以分為兩類，即服務器和客戶機。所謂服務器就是 Internet服務與信息資源的提供者，客戶機則是Internet服務與信息資源的使用者。作為服務器的主機要求具有較高的性能和較大的存儲容量，而作為客戶機的主機，一臺普通的計算機即可。服務器借助于服務器軟件向用戶提供服務和管理信息資源，用戶通過客戶機中各類Internet服務軟件訪問Internet上的服務和資源。
用戶在使用程序訪問Internet所提供的服務之前，必須首先把自己的計算機接入Internet。用戶的計算機一旦接入Internet，便成為Internet 中的一員，可以訪問Internet中的各類服務及豐富的信息資源，這就需要ISP（ Internet服務提供者）。ISP位于Internet邊緣，用戶通過某種通信線路連接到 ISP，借助于ISP與Internet的連接便可以接入Internet。當前電力線上網還不具備ISP的能力，而從通信角度講電力線上網只是從電信網上獲取和發送信息，是全國通信網的一種接入網。由于電力線網覆蓋范圍廣泛，接入操作比較簡單，利用現有的電力網網絡資源，將用戶通過高帶寬、高質量的接入方式接入到高速、大容量的骨干網上，在技術上是可行的，隨著新技術的發展，家庭用戶端接入方案越來越趨于實際，一旦條件成熟，基于電力線的因特網服務將勢不可擋。
4 電力線上網的特點
作為一項新的寬帶接入方式，電力線上網目前已經普遍受到關注，因為它不需要重新鋪設光纖光纜建設網絡，可以充分利用現在的電力系統的資源。很長時間內，人們對電力線上網充滿了期待，因為這種上網方式具有以下幾種特點：
41 投資很少
由于電力線上網是以電力線路為傳輸通道，因此電力線上網可以充分利用現有的配電網絡基礎設施，無需任何布線，從而可以節省巨大的新增投資。目前，我國擁有全世界長度排名第二的電力輸電線路，全國500kV和330kV的電力線路長達25094 16千米，220kV線路10734806千米，加上110kV線路共計310000千米，可繞地球近8圈。我國目前電話用戶不到3億，但用電用戶已超過10億，顯然這連接10億用戶的既存電力線是提供上網服務的巨大物質基礎，直接在覆蓋全國的電力網絡上架構互聯網連接將比現在鋪設光纖的方式節省大量的人力和物力。
42 連接方便
現在220V低壓電力線幾乎已經接入每一個普通家庭中，因此家庭用戶在需要寬帶上網時，就可以利用電力線來輕松實現因特網接入，不需要重新添置其他什么設備，只需在事先安裝好的萬能插座上插入電源插頭即可方便連接到因特網中，所以電力線上網技術也被認為是提供“最后一公里”解決方案最具競爭力的技術之一。
43 傳輸速率高
家庭用戶通過電力調制解調器連接到電力網上后，能夠獲得不錯的數據傳輸速率，信息傳送速度可達到10Mbps；而且能夠將整個家庭的電器與網絡聯為一體，在室內的設備之間構筑起可自由交換信息的局域網，使人們能夠通過網絡來控制自己家里的電器設備。
44 有安全性
許多人認為利用電力線上網，可能會經常出現觸電事故，因此電力線上網會有安全隱患；其實用戶大可不必擔心，因為用戶操作端與電力線輸出端已經通過電力調制解調器進行了隔離，不可能出現觸電事故。
45 使用范圍廣
在未來的寬帶接入服務市場，電力線上網將占有一席之地。在市場需求旺盛的城市，隨著電力線上網技術的完善，電力線上網將逐步滲透城區各個角落，這對現有的寬帶運營商來說將是一個很大的挑戰。在廣闊的農村地區，電力線上網也具有一定的優勢，畢竟，電力網規模之大，是其他任何網都不可比擬的。但是電力部門不會將目標鎖定農村市場，因為通信業發展是靠市場需求驅動的，而農村的上網需求量并不大。
5 電力線通信用于接入方案
電力線通信是接入網的一種替代方案，這對網絡運營商非常重要，其原因在于：
1 通信市場有50％的投資用于接入網；
2 在很多國家，電信管制解除后，接入網的線路資源歸還以往運營商所擁有，新興運營商于是試圖尋找一種新的解決方案，向用戶提供網絡接入服務，以打破傳統運營商對最后一公里的壟斷；
3 新型電信業務的快速發展導致了接入網傳輸容量需求的急劇增加。
目前，開展接入網業務有兩種方式：一種是建立新的網絡，另一種是利用已有的線路資源。第一種方式可通過無線、新鋪電纜或光纖等方法實現，無線方式需要射頻轉換的硬件，由于成本較高，難以得到大面積推廣，只能作為有線接入的一種補充；新鋪電纜或光纖需要重新布線，費時費力，并給用戶帶來諸多不便。因此，利用現有線路資源是比較理想的解決方式。
現有線路資源主要有：電話線、有線電視網和電力線。電話線和有線電視網的接入線路資源歸傳統的運營商所擁有，而且相對于電力線而言，其線路覆蓋范圍要小得多。在國內，除了特別偏僻的山區外，電力線幾乎無所不在，在每個家庭的每個房間，至少都有一個以上的電源插座，這對開展接入業務而言非常方便。
在室內組網方面，計算機、打印機、電話和各種智能控制設備都可通過普通電源插座，由電力線連接起來，組成局域網。現有的各種網絡應用：如話音、電視、多媒體業務、遠程教育等，都可通過電力線向用戶提供，以實現接入和室內組網的多網合一。因此，電力線通信在家庭組網和接入等方面將大有可為。電力線通信將在一個較短的時間內，達到數十億美元的產值，而且會像20世紀50年代的電視那樣，影響每個家庭。
當然，電力線通信的環境比電話線和有線電視網要惡劣得多。
電力線接入是把戶外通信設備插入到變壓器用戶側的輸出電力線上，該通信設備可以通過光纖與主干網相連，向用戶提供數據、語音和多媒體等業務。在通信設備內部，高頻網絡信號與50/60Hz低頻電信號一起，耦合到用戶端電力線上，由此可把通信網、電力輸送網和用戶駐地網連接起來。戶外設備與各用戶端設備之間的所有連接都可看成是具有不同特性和通信質量的信道，如果通信系統支持室內組網，則室內任兩個電源插座間的連接都是一個通信信道。因此，低壓電力網有多個通信信道。通信質量的好壞與通信信道直接相關，很大程度上取決于接收端的噪音水平和不同頻率信號的衰減。噪音越大，在接收端將越難提取出有用的信號；同樣，如果信號從發送端到接收端的傳輸過程中發生衰減，在接收端，信號可能被淹沒在噪音之中，也很難提取出有用的信號。
電力線通信的噪音主要來源于與低壓電網相連的所有負載以及無線電廣播的干擾等，由于負載的開關會引起電力線上電流的波動，使得電力線的周圍會產生電磁輻射，所以，沿電力線傳送數據時，會出現許多意想不到的問題。另外，信號衰減與信道的物理長度和低壓電網的阻抗匹配情況有關，由于低壓電網上負載的開關是隨機的，因此，其阻抗是隨時間而變化的，很難進行匹配。所以，電力線通信的環境極為惡劣，在這樣惡劣的環境下，很難保證數據傳輸的質量，必須采用許多相關的技術加以解決。
6 電力線上網的發展前景
61 電力線上網面臨的問題
電力線上網作為一個新生事物進軍寬帶市場，雖然具有以上介紹的幾方面特點，但必須肯定的是，電力線上網的發展還有很長一段路程要走，因為它還存在下面幾個主要困難：
★ 使用費用高
現在大部分電力線上網的用戶都是通過電力調制解調器實現的，而目前這種特殊的調制解調器的價格在800元至1200元之間，這與目前中國電信的入網接入成本相比，顯得有點偏高，而且隨著電信運營商的上網資費逐步下調，電力線上網如不能解決設備、網絡運營的成本高等問題，制定低的資費標準，只是依賴電力的網絡優勢，是不具備競爭力的。
★ 通信不穩定
電力線上網很難保證數據通信的穩定性，因為電力系統的基礎設施，無法提供高質量的數據傳輸服務，且每一個家庭的用電量都比較復雜，用電負荷不斷變化。當在電線上還在傳送數據，電壓的變化肯定會帶來干擾，從而影響上網的質量。而且，使用電力線上網可能還會發生一些不可預知的麻煩，如家庭電器產生的電磁波會對信息的傳輸產生干擾，利用電力線上網也會影響短波收音機的信息接收等。
62 電力線上網發展備忘錄
早在1990年英國Norweb通訊公司就開始對電力線載波通訊進行研究。1995年，該公司又與加拿大北電網絡聯手，共同開發這項新技術。1998年就已成功地進行了采用傳統的輸電線路進行Internet接入的試驗。
2000年4月由思科、英特爾、惠普、松下和夏普等 13家公司組成的“家庭插電聯盟”(HomePlug Powerline Alliance，簡稱HPA)，致力于創造共同的家用電線網絡通信技術標準。此后，“家庭插電聯盟”發布了該標準的第1個版本Home－Plug 10。 在電力線家庭網絡中，只需在事先安裝好的萬能插座上插入電源插頭即可構筑起LAN。
2001年3月德國電力工業巨頭RWE公司和它的合作伙伴瑞士的Ascom發起一項名PowerNet的計劃。根據這項計劃，兩家公司將向大約20，000用戶提供這種利用電源線路的互聯網接入服務。
2001年5月，日本60家有關企業設立聯合機構“電線載波通信設備開發部會”，研究用輸電線做通信線路的技術。
最近，我國福建省電力試驗研究院研制成功“數字化輸電線路技術”的核心產品——電力調制解調器及多個相關產品，其傳輸速率達到10M。同時國電通信中心采用國內外電力線通信(PLC)組網設備，在北京某生活小區成功地進行了lnternet接入試驗，并獲得了較理想效果。
以上的進展表明電力線上網已經走出試驗室，開始趨于成熟走向應用，開始展示出自身的優勢。
事實上從廣義上來講電力線上網從層次上可分為中壓配電網、低壓配電網和家庭內部網絡。家庭內部網絡是指通過電力線組建高速LAN；低壓配電網是指從中壓變電站到用戶電表的一點對多點通信，解決Internet“最后一公里”問題；中壓配電網主要從中壓變電站到主要變電站。 由于電線通信的費用僅為利用光纖通信電纜互聯網服務的60％至70％，并且不必支付使用線路費，從而大大降低了通信費用，據稱目前實驗室的最高通信速率可達到2.5Gb/s。如果該技術得到廣泛的應用，那么將極大的影響電信市場。
