電力線載波通信(PLC)芯片作為改造傳統電網的主要手段，并且作為物聯網通信的有力補充，將隨智能電網和物聯網的全面建設引來爆發增長。中國半導體行業協會CSIA預計至2014年，總需求將達到5*萬片，未來5年復合年增速(CAGR)將達到61%，國內電力線載波芯片銷量預測見圖1。需求增長來自三方面：首先受益于智能電網建設。電力線載波通信以電力線作為傳輸媒介，不需再次投資，將成為智能電網通信的主要手段，因此智能電網建設將直接帶來PLC 芯片的需求增長，如電能表需求增長在9%左右。其次來自滲透率提升。目前處于智能電網建設初期，PLC芯片利用率還很低，但作為未來智能電網通信的主要技術，其滲透率必將大幅提升。如目前載波電能表的市場占比僅為5.2%，但未來有望達到40%。最后還將受益于物聯網建設。電力線通信也將成為物聯網通信的主要補充，未來PLC應用中除智能電網的電能管理外，物聯網的工業控制應用將占16.8%，智能家居應用將占8.0%，安防監控將占1%。

電力載波通信芯片技術及市場[圖]" src="http://files.chinaaet.com/images/2011/05/18/5369573137661.jpg" style="width: 489px; height: 278px" />

圖1 國內電力載波芯片銷量預測

二、電力線載波芯片的市場需求空間

預計到2014年，我國電力線載波芯片的市場應用份額中(見圖2)，除了應用于智能電網的電能管理外，工業控制應用將占16.8%，智能家居應用將占8.0%，安防監控將占1%。

圖2 2014 年我國電力線載波芯片應用市場預測

1、智能電網市場需求

配合中國的用電制度改革，以計算機為基礎的自動抄表系統成為電力部門響應國家這一政策的解決方法。自動抄表系統目前主要有有線通信技術和電力載 波通信技術兩種。有線通信技術作為傳統方法，以其穩定性占有優勢。但有線通信鋪線工程浩大，而且容易被人為損壞;同時居民樓已建成，再在墻壁表面拉線，不 能讓居民接受。電力載波通信技術能有效解決上述問題，它利用現有交流電源線作為通信線路，省去了不切實際的鋪線工程，優勢明顯。自動抄表系統還適用于水表、煤氣表等家用生活表。

目前主要通信方式有電力線載波、無線通信、電話線、光纖、電纜等，各種通信方式對比見表1。無線通信可靠性差，不適合在惡劣環境中使用，尤其是 不適合電力公司以變壓器為單位的計量方式;光纖成本高，安裝施工不便，尤其在目前電網和通信網無法實現融合下，電力公司不可能再鋪光纜;電纜和電話線需要 將所有電表用導線連接，建設成本高，難以維護，不適合大范圍使用。電力線載波通信以已有的電力線為載體來傳送網絡信息，因此幾乎不需要基礎建設投資和日常 維護費用，而且由于電力線在現代生活中已無處不在，可不受布線困擾和無線環境影響，實現大范圍覆蓋。

表1 各種通信方式對比

電力線載波通信技術發展成熟，完全可以勝任未來智能電網通 信的需要。電力線載波技術早在上世紀二十年代就已在歐美實現，目前已成為通信標準，推廣條件成熟。美國的Echelon 公司創立的LonWorks 網絡傳輸技術中的LonTalk 通信協議，以及基于PLT-22 電力線網絡技術的信號傳輸方式被FCC(美國聯邦通信委員會)確定為北美PLC 通信標準;歐洲意法半導體公司的PLC 通信技術被CENELEC(歐洲電工標準化委員會)確定為歐洲PLC 通信標準。電力線載波技術通過發展選頻、中繼、擴頻和自適應調制技術基本上克服了電力線傳輸中存在的高衰落、高干擾問題。選頻可盡量避免選擇性衰落;中繼 則解決了電力線傳輸損耗較大的問題;擴頻和自適應調制提高了平均信噪比，減小了信號誤碼率。國家電網的智能電表招標情況來看，載波表成為主流，由此也驗證 了電力線載波技術將是智能電網未來發展的方向。

2、物聯網市場需求

物聯網建設為電力線載波芯片提供容量巨大的新興市場，目前物聯網處于加速啟動建設階段，對電力線載波芯片的需求將保持較高的增速。

物聯網是個萬億級產業，帶來電力線網的應用革命。物聯網建設是我國今后信息化建設的重心，含蓋了工業生產、公共服務、社會管理、現代化農業、家居服務、軍事航天等眾多領域應用，預計到2020 年將形成一個萬億級產業。物聯網通過通信網絡實現信息互聯，因此物聯網建設必將為包括電力線網在內的通信網絡帶來巨大的應用市場(見圖3)。

圖3 電力線載波芯片在物聯網中的應用

加快建設物聯網必將改造現有電力網，電力線載波芯片需求將急升。2009年 8月溫總理提出“感知中國”，物聯網建設步伐明顯加快，利用現有通信網絡成為政府和企業的首選。電力線作為規模最大、終端最多、布線最方便的線路系 統，只要通過電力線載波芯片改造為通信網絡，便能為物聯網應用提供覆蓋最廣、成本最低的通信網絡，不僅帶來社會效益，也為電力公司帶來巨大的增值服務空 間。

三、電力線通信需要強大載波芯片

電力線是給用電設備傳送電能，而不是用來傳送數據的，所以電力線對數據傳輸有許多限制：

首先，配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送。其次，三相電力線間有很大信號損失 (10dB-30dB)，一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸。第三，不同信號耦合方式使電力載波信號的損失不同，耦合方式有線-地耦合，線-中線耦 合。線-地耦合方式與線-中線耦合方式相比，電力載波信號少損失十幾分貝，但線-地耦合方式不是所有地區的電力系統都適用。第四，電力線自身的脈沖干擾， 加大了應用難度。第五，電力線對載波信號有高削減。當電力線上負荷很重時，線路阻抗可達1歐姆以下，造成對載波信號的高削減。實踐中，當電力線空載時，點 對點載波信號可傳輸到幾公里以外，但當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。因此，需要進一步提高載波信號功率來滿足數據傳輸的要求，但提高載波信號功率 會增加產品的成本和體積，而且，單一提高載波信號功率往往并不是最有效的方法。第六，電力線上有高噪聲。電力線上接有各種各樣的用電設備，阻性的、感性 的、容性的;有大功率的、小功率的。各種用電設備經常頻繁開閉，就會給電力線上帶來各種噪聲干擾，而且幅度比較大。用耦合電感從 電力線上耦合下來的噪聲一般就在10mV以上，而一般傳輸的數據信號會削減到1mV，如不采用電力線專用modem芯片來解調數據信號，通信距離會相當 短。第七，電力線可使數據信號變形。電力線是一個分布參數的網絡，不同點對數據信號影響不一樣，同時電力線是時刻動態變化的，不同時間對數據信號影響也不 一樣，這就使發出的規則數據信號，經過電力線后，發生嚴重變形，必須加以特殊處理。

四、國內現有電力載波通信芯片技術特點

中國的電*性、電網結構及居民住宅分布狀況使電力線載波通信在應用方面與國外有一些不同之處。近年來，不少國內公司也推出了自己的電力線載波通 信芯片，取得了一些可喜的突破。現有的電力波通信芯片的技術特點可以從調制方式、傳輸速率、通信頻率、通信功率、EMI標準、芯片技術等方面進行探討。國 內載波通信芯片參數見表2。

表2 國內載波通信芯片參數表

1、調制方式與傳輸速率

目前電力線載波通信常用的擴頻技術主要有：直接序列擴頻、線性調頻Chirp和正交頻分復用OFDM等。此外，跳頻FH、跳時TH以及上述各種方式的組合擴頻技術也較為常用。

國內載波通信產品主要采用直接序列擴頻技術。其中東軟為FSK，15 位直序列擴頻通信;福星曉程DPSK 63 位直序擴頻;彌亞微為QPSK擴頻調相、過零同步、分時傳輸;鼎信為二進制連續相位移頻FSK，過零同步、分時傳輸。

上述各家的擴頻技術各有不同特點。對載波通信芯片性能最直接影響在于可靠性和傳輸速率。目前這四家中，傳輸速率分別為彌亞微，同時提供200、 400、800、1600bps四種可變速率;東軟：330bps;福星曉程：250/500bps;鼎信：100bps。按照現階段現場實際應用狀況來 看100至500bps速水平僅能用于普通抄表功能，如果涉及到遠程控制(斷送電)和管理功能則需要提供更高速率保證。

2、通信頻率

關于通信頻率，在美國由聯邦通信委員會FCC規定了電力線頻帶寬度為100~450kHZ;在歐洲由歐洲電氣標準委員會的EN50065-1規定電力載波頻帶為3~148.5kHZ。這些標準的建立為電力載波技術的發展做出了顯著的貢獻，目前全球AMR系統均采用該頻段標準。

國內載波通信芯片中符合歐洲標準的為2家，分別是福星曉程120KHz和彌亞微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz三種可選。

3、通信功率及EMI指標

國內東軟、福星曉程、鼎信等多數載波通信方案為了針對國內電力信道環境中的衰減，均采取加大通信傳輸功率等做法。在實際產品化的過程中，基本上 做到3W至5W，有的電表廠甚至做到了8W，這種做法是絕對不可取的。首先，這種做法導致電表產生的功耗損失無疑增加的線損，造成大量的能源浪費，這也有 悖于國網公司上集抄系統的初衷;其次，如此大的功率傳輸將會嚴重污染電力線信道環境，我們原來是惡劣的電力線信道環境的受害者，現在卻也能成為最大的制造 者。

就目前研究了解的情況，國內只有彌亞微的載波芯片Mi200E采取低功耗設計。其發送信號時的功率僅為0.4W，在保證可靠的通信性能的同時該芯片EMI等相關指標滿足歐洲標準。

4、芯片技術

嚴格意義上講，國內載波通信方案供應商并不完全都是芯片設計研發企業，像東軟和鼎信均是采用MOTROLA的MC3361+單片機通過軟件完成 物理層、MAC層、網絡層的模式。其優點是降低了研發難度，但該模式會導致其核心技術(相關軟件)容易泄密或被解密，安全性值得探討。福星曉程和彌亞微均 是完全自主開發的載波通信芯片產品。

五、促進電力線載波芯片的發展

目前比較認同的芯片方案是：采用BPSK調制解調技術、多階的模擬和數字濾波、AGC自動控制、DSP算法*噪音強度。但國際遠傳電表市場的發展，也對國內相關產業提出更高要求。針對遠傳電表市場，我個人認為電力線載波通信芯片要做到以下幾點：

1、穩定可靠性不高

電力線通信(PLC)在歐美等地區集抄方案(AMR)中的應用已有幾十年的歷史，使用效果非常好。盡管國內對電力線通信關注度非常高，但在中國 本地還沒有取得明顯的成績。其中最大的障礙之一是其通信的穩定可靠性，這是所有基于載波抄表方案必須解決的一個迫切問題，而且在解決這個問題時，不能提高 解決方案成本。

2、解決通信距離問題

在線路負荷較重的情況下，通信距離能達到300米到500米，也就是說加一兩級中繼，在同一配電變壓器下解決通信距離問題。

3、把電力線載波通信芯片集成到電表中

電力線載波通信芯片集成到遠傳電表中，傳統的抄表系統用集中器采集電表脈沖，再轉換成電表讀數，造成了自動抄表系統讀數與電表實際讀數不一致，在繳費時，用戶會有疑問，使目前自動抄表系統未能發揮應有作用。隨著電子電表的普及，把電力線載波通信芯片集成到電表中，就可從根本上解決上述問題。目前，有不少公司在研發全電子電表的單芯片解決方案，這是國內外一大趨勢。

4、標準制定迫在眉睫

把電力線載波通信芯片集成到遠傳電表中，如何保證不同廠家電表能相容于同一系統中，又使得通信標準的制定迫在眉睫。