深入淺出聊PLC技術(shù)，無(wú)線智能家居瞬間「不香了」？

近兩年，PLC技術(shù)在智能家居領(lǐng)域刷出了存在感。尤其是在華為的推動(dòng)下，PLC成為了一種「觸手可得」的全屋智能解決方案，讓W(xué)iFi、ZigBee、藍(lán)牙等技術(shù)瞬間「不香了」。本文，「智哪兒」從三個(gè)方面解讀下PLC。

華為基于PLC的全屋智能，為智能家居行業(yè)帶來(lái)了久違的新鮮感。雖然PLC不是什么新技術(shù)，但是能把它運(yùn)用于對(duì)數(shù)據(jù)通信和計(jì)算需求越來(lái)越高的全屋智能，還是要有兩把刷子的。所以大家也不必計(jì)較這是不是新瓶裝舊酒。

面對(duì)來(lái)勢(shì)洶洶的無(wú)線智能家居方案，PLC的入局在一定程度上改變了行業(yè)格局。在余承東的嘴里，PLC簡(jiǎn)直是神一般的存在，屬于降維打擊。但其實(shí)，PLC進(jìn)入智能家居等民用場(chǎng)景，面臨的問(wèn)題也非常多，使用場(chǎng)景的復(fù)雜性其實(shí)更高了。

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如何正確理解PLC？

首先，我們要搞明白PLC到底是啥？

字面來(lái)看，PLC是電力線通信技術(shù)，Power Line Communication。說(shuō)白了就是把電線作為數(shù)據(jù)傳輸線。這是個(gè)物盡其用的策略，因?yàn)殡娋€隨處都有，而且成本低廉。如果讓電線既傳輸電能，又能攜帶調(diào)制后的電信號(hào)，豈不是兩全其美。

事實(shí)上，對(duì)于交流電來(lái)說(shuō)，它本身就是攜帶信息的，因?yàn)樗蓄l率。只不過(guò)這個(gè)信息只有一個(gè)單一值。PLC，可以認(rèn)為是傳輸變化的頻率的電信號(hào)技術(shù)。

具體來(lái)說(shuō)，它的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是把終端數(shù)據(jù)調(diào)制為高頻電信號(hào)在電線上傳輸。理論上，它還可以取代網(wǎng)線。等等，這不就是傳統(tǒng)的銅纜寬帶嗎？對(duì)，后者也是靠電信號(hào)傳遞?，F(xiàn)在普及的光纖，用的是光信號(hào)，更快。（WiFi靠的是電磁波）

這樣一來(lái)，還要網(wǎng)線干什么？很明顯，因?yàn)镻LC作為一種通信技術(shù)，在此前較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，是無(wú)法作為真正的民用通信技術(shù)的。原因也很簡(jiǎn)單，家居場(chǎng)景中，干擾因素太多。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)歸標(biāo)準(zhǔn)，但落實(shí)成產(chǎn)品，不一定靈。

所以要解決干擾因素，就得投入大量研發(fā)精力，并依賴某些其他行業(yè)的突破，比如AI技術(shù)。如今AI技術(shù)成熟了，也就能更好的解決干擾問(wèn)題。

要把PLC真正應(yīng)用于家庭環(huán)境，最核心的一個(gè)部件還是芯片。華為用的是自家海思的PLC-IoT芯片，除了基本的信號(hào)調(diào)制，它還要承擔(dān)一系列的降噪運(yùn)算。在此前的發(fā)布會(huì)上，華為宣稱自己的PLC具有AI抗干擾能力。

如果抗干擾是賣點(diǎn)，那么看來(lái)PLC家用，干擾依然是頭痛問(wèn)題。所以PLC的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)就是芯片的競(jìng)爭(zhēng)，更進(jìn)一步說(shuō)是抗干擾算法的競(jìng)爭(zhēng)。所以創(chuàng)耀科技、力合微、威勝信息、東軟載波等PLC芯片及解決方案商近期關(guān)注度頗高。

隨著AI技術(shù)的落地，PLC進(jìn)入普通家庭終于成為了現(xiàn)實(shí)。但今天的PLC，不是那個(gè)PLC。它所體現(xiàn)的技術(shù)棧不同。

所以當(dāng)我們研究PLC時(shí)，背后的軟件算法是不可忽視的。而PLC本身，已經(jīng)是一個(gè)相對(duì)成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前PLC領(lǐng)域主要有兩大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)是美國(guó)主導(dǎo)的HomePlug，一個(gè)是歐盟主導(dǎo)的OPERA（開(kāi)放式PLC歐洲研究聯(lián)盟）。華為的PLC，遵循是HomePlug標(biāo)準(zhǔn)。

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PLC-IoT有什么特征？

注意，如果PLC后面加個(gè)IoT，那它是什么？當(dāng)然還是PLC。

PLC技術(shù)按照頻段可以分為三類：窄帶、中頻帶和寬帶。頻率依次遞增，可承載的數(shù)據(jù)量依次增大，但是傳輸距離依次降低。

而PLC-IoT這個(gè)概念，對(duì)應(yīng)的是中頻帶PLC。它是基于0.7~12MHz的頻率來(lái)工作的。這個(gè)頻段相對(duì)來(lái)說(shuō)噪聲低，信道質(zhì)量好，比較適合智能家居、智慧路燈、智能電表等實(shí)時(shí)控制的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。所以，我們講智能家居的PLC，其實(shí)是在講PLC-IoT。

在IoT的終端接入技術(shù)上，存在無(wú)線和有線之爭(zhēng)。無(wú)線方案有微功率技術(shù)，比如藍(lán)牙、WiFi和ZigBee、NFC等；此外還有蜂窩無(wú)線技術(shù)，比如NB-IoT、GPRS、LTE等。

而PLC則是跟總線技術(shù)對(duì)抗的一類通信技術(shù)。常見(jiàn)的總線技術(shù)有485、CAN、ModBus、KNX等。CAN用于汽車較多，485等在智能家居應(yīng)用較多。相較于總線技術(shù)，PLC-IoT不用專門布線，這是最大優(yōu)勢(shì)。后裝市場(chǎng)潛力巨大。相較于無(wú)線技術(shù)，PLC-IoT組網(wǎng)復(fù)雜度低，通信更可靠，而且不受建筑物遮擋。

值得一提的是，現(xiàn)在華為的PLC-IoT支持IP化，也就是可以支持IPv6技術(shù)。這意味著PLC可以擴(kuò)展出網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，不同類型的終端設(shè)備可以共享PLC網(wǎng)絡(luò)、不同用戶也可以獨(dú)立訪問(wèn)各自的設(shè)備，這對(duì)于提升PLC網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)能力和通信效率非常關(guān)鍵。

那么，基于寬帶PLC的，就是用來(lái)上網(wǎng)的一類路由器PLC產(chǎn)品。由于頻率高，它可以用來(lái)替代現(xiàn)有的WiFi組網(wǎng)方案。下文會(huì)有介紹。

所以目前市面上的產(chǎn)品，又可以分為PLC-IoT和路由器PLC。兩者遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可能有差異，但本質(zhì)都是一樣的，區(qū)別只是不同頻段的電力載波在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用。

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最大的干擾如何解決？

把PLC-IoT運(yùn)用于智能家居，最大的問(wèn)題就是干擾。電線雖然普及、成本低，但是它并不是一個(gè)很理想的信號(hào)載體（要不然還要網(wǎng)線干什么）。

這其中涉及的因素有很多。比如，家用的交流電為220V 50Hz。但是在實(shí)際場(chǎng)景中，它的正弦波并不是平滑的，而是一根充滿鋸齒的曲線。一方面，電壓本身就是不穩(wěn)定的；另一方面，家用電器的使用會(huì)影響到電流的穩(wěn)定性。甚至并列的電線之間也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)。

很多人應(yīng)該聽(tīng)過(guò)電力貓這個(gè)東西，它是一個(gè)基于PLC的路由器，可以實(shí)現(xiàn)全屋的布網(wǎng)。但火了沒(méi)多久，它就消失了，原因就是它跟家里的絕大部分電器是沖突的。由于家用電的復(fù)雜性，基本上所有電器都有濾波模塊，就是為了達(dá)到一個(gè)純凈的50Hz交流電。

而基于PLC的通信，本身就是通過(guò)高頻信號(hào)來(lái)傳遞的。越是高頻，它的容錯(cuò)率就越低，一絲絲的干擾，就會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用來(lái)上網(wǎng)的PLC，頻率更高，顯然對(duì)于噪聲的敏感度就會(huì)更高。這就是為什么電力貓這類產(chǎn)品不好做的原因。

對(duì)于PLC-IoT來(lái)說(shuō)，它并非應(yīng)用于上網(wǎng)，而是僅作為設(shè)備通信技術(shù)，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)穩(wěn)定性更強(qiáng)。這里順便科普下：PLC的窄帶、中頻帶，遵循的是IEEE1901協(xié)議。這個(gè)協(xié)議的授權(quán)組織就是前面提到的HomePlug。它們的關(guān)系類似于IEEE802.11與WiFi聯(lián)盟之間的關(guān)系。而一般用于上網(wǎng)的PLC，遵循的是ITU的G.hn標(biāo)準(zhǔn)（IEEE1901也有寬帶PLC標(biāo)準(zhǔn)）。

在家居環(huán)境中，變頻器諧波、線纜和強(qiáng)電磁干擾最常見(jiàn)。而且電力線上的設(shè)備越多，干擾就會(huì)越復(fù)雜。隨著各類家用電器的使用和外部電涌等影響，PLC要正常工作，需要極其有效的過(guò)濾技術(shù)。

為什么說(shuō)智能家居中的PLC其實(shí)更復(fù)雜？就是因?yàn)橐鉀Q抗干擾的問(wèn)題更難。工業(yè)用途中，PLC從布線、電纜選擇、電氣工程等多個(gè)方面都可以提前考慮。但是家庭用途，我們面臨的通常是裝修好的、強(qiáng)弱電部署千差萬(wàn)別的案例。要確保裝上就能用，其實(shí)不容易。

具體來(lái)說(shuō)，要解決干擾問(wèn)題，主要有這么幾個(gè)要素。

第一，要確保良好的接地。接地可以避免以外的電壓沖擊，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全和抑制干擾兩個(gè)目的。對(duì)于PLC系統(tǒng)抵抗電磁干擾非常重要。

第二，改造線纜。比如同向緊密排布的線纜，在交流電通過(guò)時(shí)會(huì)形成感應(yīng)電壓，這就要求把普通的電線換為屏蔽型的。很顯然，這就提高了成本，舍本逐末。

第三，通過(guò)電容濾波，在輸入和輸出端中間增加信號(hào)隔離器。但這意味著要對(duì)家里的每個(gè)電器（大到冰箱小到插座）都要改裝。

而由于家居場(chǎng)景中干擾的隨機(jī)性較大，所以即便上述三條都完美做到，也未必能確保信號(hào)沒(méi)有任何干擾。因此，還需要芯片和算法來(lái)進(jìn)行智能調(diào)制。通過(guò)軟件AI來(lái)排除可能存在的噪聲，盡可能讓電力線的信號(hào)純凈。這就很考驗(yàn)廠家對(duì)于濾波器的設(shè)計(jì)能力。

華為之所以選擇在中頻帶做PLC-IoT，就是因?yàn)榇蠖鄶?shù)交流噪聲都在2MHz以下，而華為PLC芯片的頻率是2~12MHz，所以盡可能排除了噪聲。逆變器的開(kāi)關(guān)噪聲，大約在15KHz，相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)入到PLC芯片后，可以很快被濾波器過(guò)濾掉。

但是針對(duì)交流諧波噪聲，就會(huì)很大程度上影響PLC的信噪比（即信號(hào)和噪聲的比例，數(shù)值越大越好）。這方面，華為在PLC芯片的物理層，加入了FEC和CRC兩種去噪和糾錯(cuò)能力，同時(shí)具有專門的自動(dòng)增益調(diào)整技術(shù)和特定的濾波算法。

除了干擾問(wèn)題，信號(hào)衰減也是PLC面臨的難點(diǎn)，這個(gè)跟調(diào)制解調(diào)的方式有關(guān)，我們?cè)诖瞬蛔鲑樖觥?/p>

前面說(shuō)到了電力貓這個(gè)東西。其實(shí)，基于PLC作為路由器的產(chǎn)品依然存在，比如華為的PLC Turbo。這項(xiàng)技術(shù)，說(shuō)白了就是基于ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）的G.hn標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的寬帶PLC技術(shù)，它的頻段范圍是1.8~100MHz，可以帶來(lái)200Mbps~1.5GMbps的上網(wǎng)速率，這對(duì)于家用場(chǎng)景完全夠用。

為了增強(qiáng)路由器的信噪比，華為的方案是采用火零地三線傳輸，進(jìn)一步抑制家用電器帶來(lái)的噪聲。當(dāng)然，實(shí)際上噪聲抑制和過(guò)濾，還是需要專門的芯片來(lái)處理。

理論上，PLC上網(wǎng)的延遲能做到50ms以內(nèi)。這個(gè)看具體的使用場(chǎng)景。如果場(chǎng)景內(nèi)的電器設(shè)備太多，或者電網(wǎng)本身的質(zhì)量不好，那么再?gòu)?qiáng)大的濾波也無(wú)法100%確保數(shù)據(jù)的高效傳輸。所以華為在推廣Q6路由器時(shí)，還特別強(qiáng)調(diào)了可以智能識(shí)別140+款的手游，為其提供加速能力。

如果廠家能真正解決PLC面臨的噪聲問(wèn)題，那么基于PLC的路由器，確實(shí)是比較好的一個(gè)組網(wǎng)選擇。它只需要一個(gè)主路由，子路由完全不依賴網(wǎng)線溝通，部署非常方便、靈活。

結(jié)語(yǔ)

雖然PLC在智能家居的真正普及還有待時(shí)日，但這項(xiàng)技術(shù)本身能帶來(lái)的體驗(yàn)上的改變，還是實(shí)打?qū)嵖吹靡?jiàn)的。華為算是起了個(gè)頭，后續(xù)一定會(huì)有更多品牌跟進(jìn)探索。

PLC看上去是對(duì)抗485、KNX這類方案，但實(shí)際上挑戰(zhàn)的是WiFi、ZigBee等無(wú)線方案的江湖地位。隨著PLC的加速落地，智能家居解決方案，開(kāi)始涇渭分明：無(wú)線與PLC。