作者|布斯
编辑|小沐
出品|智哪儿（ID：smartanywhere）
近两年，PLC技术在智能家居领域刷出了存在感。尤其是在华为的推动下，PLC成为了一种「触手可得」的全屋智能解决方案，让WiFi、ZigBee、蓝牙等技术瞬间「不香了」。本文，「智哪儿」从三个方面解读下PLC。
华为基于PLC的全屋智能，为智能家居行业带来了久违的新鲜感。虽然PLC不是什么新技术，但是能把它运用于对数据通信和计算需求越来越高的全屋智能，还是要有两把刷子的。所以大家也不必计较这是不是新瓶装旧酒。
面对来势汹汹的无线智能家居方案，PLC的入局在一定程度上改变了行业格局。在余承东的嘴里，PLC简直是神一般的存在，属于降维打击。但其实，PLC进入智能家居等民用场景，面临的问题也非常多，使用场景的复杂性其实更高了。
1
如何正确理解PLC？
首先，我们要搞明白PLC到底是啥？
字面来看，PLC是电力线通信技术，Power Line Communication。说白了就是把电线作为数据传输线。这是个物尽其用的策略，因为电线随处都有，而且成本低廉。如果让电线既传输电能，又能携带调制后的电信号，岂不是两全其美。
事实上，对于交流电来说，它本身就是携带信息的，因为它有频率。只不过这个信息只有一个单一值。PLC，可以认为是传输变化的频率的电信号技术。
具体来说，它的实现机制是把终端数据调制为高频电信号在电线上传输。理论上，它还可以取代网线。等等，这不就是传统的铜缆宽带吗？对，后者也是靠电信号传递。现在普及的光纤，用的是光信号，更快。（WiFi靠的是电磁波）
这样一来，还要网线干什么？很明显，因为PLC作为一种通信技术，在此前较长一段时间内，是无法作为真正的民用通信技术的。原因也很简单，家居场景中，干扰因素太多。技术标准归标准，但落实成产品，不一定灵。
所以要解决干扰因素，就得投入大量研发精力，并依赖某些其他行业的突破，比如AI技术。如今AI技术成熟了，也就能更好的解决干扰问题。
要把PLC真正应用于家庭环境，最核心的一个部件还是芯片。华为用的是自家海思的PLC-IoT芯片，除了基本的信号调制，它还要承担一系列的降噪运算。在此前的发布会上，华为宣称自己的PLC具有AI抗干扰能力。
如果抗干扰是卖点，那么看来PLC家用，干扰依然是头痛问题。所以PLC的竞争，其实就是芯片的竞争，更进一步说是抗干扰算法的竞争。所以创耀科技、力合微、威胜信息、东软载波等PLC芯片及解决方案商近期关注度颇高。
随着AI技术的落地，PLC进入普通家庭终于成为了现实。但今天的PLC，不是那个PLC。它所体现的技术栈不同。
所以当我们研究PLC时，背后的软件算法是不可忽视的。而PLC本身，已经是一个相对成熟的技术标准。目前PLC领域主要有两大技术标准：一个是美国主导的HomePlug，一个是欧盟主导的OPERA（开放式PLC欧洲研究联盟）。华为的PLC，遵循是HomePlug标准。
2
PLC-IoT有什么特征？
注意，如果PLC后面加个IoT，那它是什么？当然还是PLC。
PLC技术按照频段可以分为三类：窄带、中频带和宽带。频率依次递增，可承载的数据量依次增大，但是传输距离依次降低。
而PLC-IoT这个概念，对应的是中频带PLC。它是基于0.7~12MHz的频率来工作的。这个频段相对来说噪声低，信道质量好，比较适合智能家居、智慧路灯、智能电表等实时控制的物联网场景。所以，我们讲智能家居的PLC，其实是在讲PLC-IoT。
在IoT的终端接入技术上，存在无线和有线之争。无线方案有微功率技术，比如蓝牙、WiFi和ZigBee、NFC等；此外还有蜂窝无线技术，比如NB-IoT、GPRS、LTE等。
而PLC则是跟总线技术对抗的一类通信技术。常见的总线技术有485、CAN、ModBus、KNX等。CAN用于汽车较多，485等在智能家居应用较多。相较于总线技术，PLC-IoT不用专门布线，这是最大优势。后装市场潜力巨大。相较于无线技术，PLC-IoT组网复杂度低，通信更可靠，而且不受建筑物遮挡。
值得一提的是，现在华为的PLC-IoT支持IP化，也就是可以支持IPv6技术。这意味着PLC可以扩展出网络层和传输层，不同类型的终端设备可以共享PLC网络、不同用户也可以独立访问各自的设备，这对于提升PLC网络的并发能力和通信效率非常关键。
那么，基于宽带PLC的，就是用来上网的一类路由器PLC产品。由于频率高，它可以用来替代现有的WiFi组网方案。下文会有介绍。
所以目前市面上的产品，又可以分为PLC-IoT和路由器PLC。两者遵循的技术标准可能有差异，但本质都是一样的，区别只是不同频段的电力载波在不同场景下的应用。
3
最大的干扰如何解决？
把PLC-IoT运用于智能家居，最大的问题就是干扰。电线虽然普及、成本低，但是它并不是一个很理想的信号载体（要不然还要网线干什么）。
这其中涉及的因素有很多。比如，家用的交流电为220V 50Hz。但是在实际场景中，它的正弦波并不是平滑的，而是一根充满锯齿的曲线。一方面，电压本身就是不稳定的；另一方面，家用电器的使用会影响到电流的稳定性。甚至并列的电线之间也会产生感应。
很多人应该听过电力猫这个东西，它是一个基于PLC的路由器，可以实现全屋的布网。但火了没多久，它就消失了，原因就是它跟家里的绝大部分电器是冲突的。由于家用电的复杂性，基本上所有电器都有滤波模块，就是为了达到一个纯净的50Hz交流电。
而基于PLC的通信，本身就是通过高频信号来传递的。越是高频，它的容错率就越低，一丝丝的干扰，就会影响系统的稳定性。用来上网的PLC，频率更高，显然对于噪声的敏感度就会更高。这就是为什么电力猫这类产品不好做的原因。
对于PLC-IoT来说，它并非应用于上网，而是仅作为设备通信技术，因此相对来说稳定性更强。这里顺便科普下：PLC的窄带、中频带，遵循的是IEEE1901协议。这个协议的授权组织就是前面提到的HomePlug。它们的关系类似于IEEE802.11与WiFi联盟之间的关系。而一般用于上网的PLC，遵循的是ITU的G.hn标准（IEEE1901也有宽带PLC标准）。
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。随着各类家用电器的使用和外部电涌等影响，PLC要正常工作，需要极其有效的过滤技术。
为什么说智能家居中的PLC其实更复杂？就是因为要解决抗干扰的问题更难。工业用途中，PLC从布线、电缆选择、电气工程等多个方面都可以提前考虑。但是家庭用途，我们面临的通常是装修好的、强弱电部署千差万别的案例。要确保装上就能用，其实不容易。
具体来说，要解决干扰问题，主要有这么几个要素。
第一，要确保良好的接地。接地可以避免以外的电压冲击，实现电网安全和抑制干扰两个目的。对于PLC系统抵抗电磁干扰非常重要。
第二，改造线缆。比如同向紧密排布的线缆，在交流电通过时会形成感应电压，这就要求把普通的电线换为屏蔽型的。很显然，这就提高了成本，舍本逐末。
第三，通过电容滤波，在输入和输出端中间增加信号隔离器。但这意味着要对家里的每个电器（大到冰箱小到插座）都要改装。
而由于家居场景中干扰的随机性较大，所以即便上述三条都完美做到，也未必能确保信号没有任何干扰。因此，还需要芯片和算法来进行智能调制。通过软件AI来排除可能存在的噪声，尽可能让电力线的信号纯净。这就很考验厂家对于滤波器的设计能力。
华为之所以选择在中频带做PLC-IoT，就是因为大多数交流噪声都在2MHz以下，而华为PLC芯片的频率是2~12MHz，所以尽可能排除了噪声。逆变器的开关噪声，大约在15KHz，相对稳定，进入到PLC芯片后，可以很快被滤波器过滤掉。
但是针对交流谐波噪声，就会很大程度上影响PLC的信噪比（即信号和噪声的比例，数值越大越好）。这方面，华为在PLC芯片的物理层，加入了FEC和CRC两种去噪和纠错能力，同时具有专门的自动增益调整技术和特定的滤波算法。
除了干扰问题，信号衰减也是PLC面临的难点，这个跟调制解调的方式有关，我们在此不做赘述。
前面说到了电力猫这个东西。其实，基于PLC作为路由器的产品依然存在，比如华为的PLC Turbo。这项技术，说白了就是基于ITU（国际电信联盟）的G.hn标准开发的宽带PLC技术，它的频段范围是1.8~100MHz，可以带来200Mbps~1.5GMbps的上网速率，这对于家用场景完全够用。
为了增强路由器的信噪比，华为的方案是采用火零地三线传输，进一步抑制家用电器带来的噪声。当然，实际上噪声抑制和过滤，还是需要专门的芯片来处理。
理论上，PLC上网的延迟能做到50ms以内。这个看具体的使用场景。如果场景内的电器设备太多，或者电网本身的质量不好，那么再强大的滤波也无法100%确保数据的高效传输。所以华为在推广Q6路由器时，还特别强调了可以智能识别140+款的手游，为其提供加速能力。
如果厂家能真正解决PLC面临的噪声问题，那么基于PLC的路由器，确实是比较好的一个组网选择。它只需要一个主路由，子路由完全不依赖网线沟通，部署非常方便、灵活。
结语
虽然PLC在智能家居的真正普及还有待时日，但这项技术本身能带来的体验上的改变，还是实打实看得见的。华为算是起了个头，后续一定会有更多品牌跟进探索。
PLC看上去是对抗485、KNX这类方案，但实际上挑战的是WiFi、ZigBee等无线方案的江湖地位。随着PLC的加速落地，智能家居解决方案，开始泾渭分明：无线与PLC。
(智哪儿（ID：smartanywhere）原创文章，转载请获取授权并保留来源)
相关文章
您阅读本篇文章共花了：
发表评论