一、電力線載波芯片市場(chǎng)前景
電力線載波通信(PLC)芯片作為改造傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要手段，并且作為物聯(lián)網(wǎng)通信的有力補(bǔ)充，將隨智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的全面建設(shè)引來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)CSIA預(yù)計(jì)至2014年，總需求將達(dá)到5*萬(wàn)片，未來(lái)5年復(fù)合年增速(CAGR)將達(dá)到61%，國(guó)內(nèi)電力線載波芯片銷量預(yù)測(cè)見圖1。需求增長(zhǎng)來(lái)自三方面：首先受益于智能電網(wǎng)建設(shè)。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(wǎng)通信的主要手段，因此智能電網(wǎng)建設(shè)將直接帶來(lái)PLC 芯片的需求增長(zhǎng)，如電能表需求增長(zhǎng)在9%左右。其次來(lái)自滲透率提升。目前處于智能電網(wǎng)建設(shè)初期，PLC芯片利用率還很低，但作為未來(lái)智能電網(wǎng)通信的主要技術(shù)，其滲透率必將大幅提升。如目前載波電能表的市場(chǎng)占比僅為5.2%，但未來(lái)有望達(dá)到40%。最后還將受益于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。電力線通信也將成為物聯(lián)網(wǎng)通信的主要補(bǔ)充，未來(lái)PLC應(yīng)用中除智能電網(wǎng)的電能管理外，物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)控制應(yīng)用將占16.8%，智能家居應(yīng)用將占8.0%，安防監(jiān)控將占1%。
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圖1 國(guó)內(nèi)電力載波芯片銷量預(yù)測(cè)
二、電力線載波芯片的市場(chǎng)需求空間
預(yù)計(jì)到2014年，我國(guó)電力線載波芯片的市場(chǎng)應(yīng)用份額中(見圖2)，除了應(yīng)用于智能電網(wǎng)的電能管理外，工業(yè)控制應(yīng)用將占16.8%，智能家居應(yīng)用將占8.0%，安防監(jiān)控將占1%。
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圖2 2014 年我國(guó)電力線載波芯片應(yīng)用市場(chǎng)預(yù)測(cè)
1、智能電網(wǎng)市場(chǎng)需求
配合中國(guó)的用電制度改革，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)成為電力部門響應(yīng)國(guó)家這一政策的解決方法。自動(dòng)抄表系統(tǒng)目前主要有有線通信技術(shù)和電力載 波通信技術(shù)兩種。有線通信技術(shù)作為傳統(tǒng)方法，以其穩(wěn)定性占有優(yōu)勢(shì)。但有線通信鋪線工程浩大，而且容易被人為損壞;同時(shí)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(shù)能有效解決上述問(wèn)題，它利用現(xiàn)有交流電源線作為通信線路，省去了不切實(shí)際的鋪線工程，優(yōu)勢(shì)明顯。自動(dòng)抄表系統(tǒng)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(wú)線通信、電話線、光纖、電纜等，各種通信方式對(duì)比見表1。無(wú)線通信可靠性差，不適合在惡劣環(huán)境中使用，尤其是 不適合電力公司以變壓器為單位的計(jì)量方式;光纖成本高，安裝施工不便，尤其在目前電網(wǎng)和通信網(wǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(dǎo)線連接，建設(shè)成本高，難以維護(hù)，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(lái)傳送網(wǎng)絡(luò)信息，因此幾乎不需要基礎(chǔ)建設(shè)投資和日常 維護(hù)費(fèi)用，而且由于電力線在現(xiàn)代生活中已無(wú)處不在，可不受布線困擾和無(wú)線環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。
表1 各種通信方式對(duì)比
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電力線載波通信技術(shù)發(fā)展成熟，完全可以勝任未來(lái)智能電網(wǎng)通 信的需要。電力線載波技術(shù)早在上世紀(jì)二十年代就已在歐美實(shí)現(xiàn)，目前已成為通信標(biāo)準(zhǔn)，推廣條件成熟。美國(guó)的Echelon 公司創(chuàng)立的LonWorks 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)中的LonTalk 通信協(xié)議，以及基于PLT-22 電力線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信號(hào)傳輸方式被FCC(美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì))確定為北美PLC 通信標(biāo)準(zhǔn);歐洲意法半導(dǎo)體公司的PLC 通信技術(shù)被CENELEC(歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))確定為歐洲PLC 通信標(biāo)準(zhǔn)。電力線載波技術(shù)通過(guò)發(fā)展選頻、中繼、擴(kuò)頻和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)基本上克服了電力線傳輸中存在的高衰落、高干擾問(wèn)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(wèn)題;擴(kuò)頻和自適應(yīng)調(diào)制提高了平均信噪比，減小了信號(hào)誤碼率。國(guó)家電網(wǎng)的智能電表招標(biāo)情況來(lái)看，載波表成為主流，由此也驗(yàn)證 了電力線載波技術(shù)將是智能電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的方向。
2、物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求
物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為電力線載波芯片提供容量巨大的新興市場(chǎng)，目前物聯(lián)網(wǎng)處于加速啟動(dòng)建設(shè)階段，對(duì)電力線載波芯片的需求將保持較高的增速。
物聯(lián)網(wǎng)是個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)，帶來(lái)電力線網(wǎng)的應(yīng)用革命。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是我國(guó)今后信息化建設(shè)的重心，含蓋了工業(yè)生產(chǎn)、公共服務(wù)、社會(huì)管理、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、家居服務(wù)、軍事航天等眾多領(lǐng)域應(yīng)用，預(yù)計(jì)到2020 年將形成一個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)，因此物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)必將為包括電力線網(wǎng)在內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的應(yīng)用市場(chǎng)(見圖3)。
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圖3 電力線載波芯片在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
加快建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)必將改造現(xiàn)有電力網(wǎng)，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(guó)”，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)步伐明顯加快，利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)成為政府和企業(yè)的首選。電力線作為規(guī)模最大、終端最多、布線最方便的線路系 統(tǒng)，只要通過(guò)電力線載波芯片改造為通信網(wǎng)絡(luò)，便能為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供覆蓋最廣、成本最低的通信網(wǎng)絡(luò)，不僅帶來(lái)社會(huì)效益，也為電力公司帶來(lái)巨大的增值服務(wù)空 間。
三、電力線通信需要強(qiáng)大載波芯片
電力線是給用電設(shè)備傳送電能，而不是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的，所以電力線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有許多限制：
首先，配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送。其次，三相電力線間有很大信號(hào)損失 (10dB-30dB)，一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸。第三，不同信號(hào)耦合方式使電力載波信號(hào)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(hào)少損失十幾分貝，但線-地耦合方式不是所有地區(qū)的電力系統(tǒng)都適用。第四，電力線自身的脈沖干擾， 加大了應(yīng)用難度。第五，電力線對(duì)載波信號(hào)有高削減。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，線路阻抗可達(dá)1歐姆以下，造成對(duì)載波信號(hào)的高削減。實(shí)踐中，當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆坠镆酝猓?dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米。因此，需要進(jìn)一步提高載波信號(hào)功率來(lái)滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅岣咻d波信號(hào)功率 會(huì)增加產(chǎn)品的成本和體積，而且，單一提高載波信號(hào)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(shè)備，阻性的、感性 的、容性的;有大功率的、小功率的。各種用電設(shè)備經(jīng)常頻繁開閉，就會(huì)給電力線上帶來(lái)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(lái)的噪聲一般就在10mV以上，而一般傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)會(huì)削減到1mV，如不采用電力線專用modem芯片來(lái)解調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)，通信距離會(huì)相當(dāng) 短。第七，電力線可使數(shù)據(jù)信號(hào)變形。電力線是一個(gè)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，不同點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響不一樣，同時(shí)電力線是時(shí)刻動(dòng)態(tài)變化的，不同時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響也不 一樣，這就使發(fā)出的規(guī)則數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)電力線后，發(fā)生嚴(yán)重變形，必須加以特殊處理。
