深入淺出聊PLC技術，無線智能家居瞬間「不香了」？

近兩年，PLC技術在智能家居領域刷出了存在感。尤其是在華為的推動下，PLC成為了一種「觸手可得」的全屋智能解決方案，讓WiFi、ZigBee、藍牙等技術瞬間「不香了」。本文，「智哪兒」從三個方面解讀下PLC。

華為基于PLC的全屋智能，為智能家居行業帶來了久違的新鮮感。雖然PLC不是什么新技術，但是能把它運用于對數據通信和計算需求越來越高的全屋智能，還是要有兩把刷子的。所以大家也不必計較這是不是新瓶裝舊酒。

面對來勢洶洶的無線智能家居方案，PLC的入局在一定程度上改變了行業格局。在余承東的嘴里，PLC簡直是神一般的存在，屬于降維打擊。但其實，PLC進入智能家居等民用場景，面臨的問題也非常多，使用場景的復雜性其實更高了。

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如何正確理解PLC？

首先，我們要搞明白PLC到底是啥？

字面來看，PLC是電力線通信技術，Power Line Communication。說白了就是把電線作為數據傳輸線。這是個物盡其用的策略，因為電線隨處都有，而且成本低廉。如果讓電線既傳輸電能，又能攜帶調制后的電信號，豈不是兩全其美。

事實上，對于交流電來說，它本身就是攜帶信息的，因為它有頻率。只不過這個信息只有一個單一值。PLC，可以認為是傳輸變化的頻率的電信號技術。

具體來說，它的實現機制是把終端數據調制為高頻電信號在電線上傳輸。理論上，它還可以取代網線。等等，這不就是傳統的銅纜寬帶嗎？對，后者也是靠電信號傳遞?，F在普及的光纖，用的是光信號，更快。（WiFi靠的是電磁波）

這樣一來，還要網線干什么？很明顯，因為PLC作為一種通信技術，在此前較長一段時間內，是無法作為真正的民用通信技術的。原因也很簡單，家居場景中，干擾因素太多。技術標準歸標準，但落實成產品，不一定靈。

所以要解決干擾因素，就得投入大量研發精力，并依賴某些其他行業的突破，比如AI技術。如今AI技術成熟了，也就能更好的解決干擾問題。

要把PLC真正應用于家庭環境，最核心的一個部件還是芯片。華為用的是自家海思的PLC-IoT芯片，除了基本的信號調制，它還要承擔一系列的降噪運算。在此前的發布會上，華為宣稱自己的PLC具有AI抗干擾能力。

如果抗干擾是賣點，那么看來PLC家用，干擾依然是頭痛問題。所以PLC的競爭，其實就是芯片的競爭，更進一步說是抗干擾算法的競爭。所以創耀科技、力合微、威勝信息、東軟載波等PLC芯片及解決方案商近期關注度頗高。

隨著AI技術的落地，PLC進入普通家庭終于成為了現實。但今天的PLC，不是那個PLC。它所體現的技術棧不同。

所以當我們研究PLC時，背后的軟件算法是不可忽視的。而PLC本身，已經是一個相對成熟的技術標準。目前PLC領域主要有兩大技術標準：一個是美國主導的HomePlug，一個是歐盟主導的OPERA（開放式PLC歐洲研究聯盟）。華為的PLC，遵循是HomePlug標準。

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PLC-IoT有什么特征？

注意，如果PLC后面加個IoT，那它是什么？當然還是PLC。

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

而PLC-IoT這個概念，對應的是中頻帶PLC。它是基于0.7~12MHz的頻率來工作的。這個頻段相對來說噪聲低，信道質量好，比較適合智能家居、智慧路燈、智能電表等實時控制的物聯網場景。所以，我們講智能家居的PLC，其實是在講PLC-IoT。

在IoT的終端接入技術上，存在無線和有線之爭。無線方案有微功率技術，比如藍牙、WiFi和ZigBee、NFC等；此外還有蜂窩無線技術，比如NB-IoT、GPRS、LTE等。

而PLC則是跟總線技術對抗的一類通信技術。常見的總線技術有485、CAN、ModBus、KNX等。CAN用于汽車較多，485等在智能家居應用較多。相較于總線技術，PLC-IoT不用專門布線，這是最大優勢。后裝市場潛力巨大。相較于無線技術，PLC-IoT組網復雜度低，通信更可靠，而且不受建筑物遮擋。

值得一提的是，現在華為的PLC-IoT支持IP化，也就是可以支持IPv6技術。這意味著PLC可以擴展出網絡層和傳輸層，不同類型的終端設備可以共享PLC網絡、不同用戶也可以獨立訪問各自的設備，這對于提升PLC網絡的并發能力和通信效率非常關鍵。

那么，基于寬帶PLC的，就是用來上網的一類路由器PLC產品。由于頻率高，它可以用來替代現有的WiFi組網方案。下文會有介紹。

所以目前市面上的產品，又可以分為PLC-IoT和路由器PLC。兩者遵循的技術標準可能有差異，但本質都是一樣的，區別只是不同頻段的電力載波在不同場景下的應用。

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最大的干擾如何解決？

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

這其中涉及的因素有很多。比如，家用的交流電為220V 50Hz。但是在實際場景中，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，電壓本身就是不穩定的；另一方面，家用電器的使用會影響到電流的穩定性。甚至并列的電線之間也會產生感應。

很多人應該聽過電力貓這個東西，它是一個基于PLC的路由器，可以實現全屋的布網。但火了沒多久，它就消失了，原因就是它跟家里的絕大部分電器是沖突的。由于家用電的復雜性，基本上所有電器都有濾波模塊，就是為了達到一個純凈的50Hz交流電。

而基于PLC的通信，本身就是通過高頻信號來傳遞的。越是高頻，它的容錯率就越低，一絲絲的干擾，就會影響系統的穩定性。用來上網的PLC，頻率更高，顯然對于噪聲的敏感度就會更高。這就是為什么電力貓這類產品不好做的原因。

對于PLC-IoT來說，它并非應用于上網，而是僅作為設備通信技術，因此相對來說穩定性更強。這里順便科普下：PLC的窄帶、中頻帶，遵循的是IEEE1901協議。這個協議的授權組織就是前面提到的HomePlug。它們的關系類似于IEEE802.11與WiFi聯盟之間的關系。而一般用于上網的PLC，遵循的是ITU的G.hn標準（IEEE1901也有寬帶PLC標準）。

在家居環境中，變頻器諧波、線纜和強電磁干擾最常見。而且電力線上的設備越多，干擾就會越復雜。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，需要極其有效的過濾技術。

為什么說智能家居中的PLC其實更復雜？就是因為要解決抗干擾的問題更難。工業用途中，PLC從布線、電纜選擇、電氣工程等多個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、強弱電部署千差萬別的案例。要確保裝上就能用，其實不容易。

具體來說，要解決干擾問題，主要有這么幾個要素。

第一，要確保良好的接地。接地可以避免以外的電壓沖擊，實現電網安全和抑制干擾兩個目的。對于PLC系統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，在交流電通過時會形成感應電壓，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，通過電容濾波，在輸入和輸出端中間增加信號隔離器。但這意味著要對家里的每個電器（大到冰箱小到插座）都要改裝。

而由于家居場景中干擾的隨機性較大，所以即便上述三條都完美做到，也未必能確保信號沒有任何干擾。因此，還需要芯片和算法來進行智能調制。通過軟件AI來排除可能存在的噪聲，盡可能讓電力線的信號純凈。這就很考驗廠家對于濾波器的設計能力。

華為之所以選擇在中頻帶做PLC-IoT，就是因為大多數交流噪聲都在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。逆變器的開關噪聲，大約在15KHz，相對穩定，進入到PLC芯片后，可以很快被濾波器過濾掉。

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

除了干擾問題，信號衰減也是PLC面臨的難點，這個跟調制解調的方式有關，我們在此不做贅述。

前面說到了電力貓這個東西。其實，基于PLC作為路由器的產品依然存在，比如華為的PLC Turbo。這項技術，說白了就是基于ITU（國際電信聯盟）的G.hn標準開發的寬帶PLC技術，它的頻段范圍是1.8~100MHz，可以帶來200Mbps~1.5GMbps的上網速率，這對于家用場景完全夠用。

為了增強路由器的信噪比，華為的方案是采用火零地三線傳輸，進一步抑制家用電器帶來的噪聲。當然，實際上噪聲抑制和過濾，還是需要專門的芯片來處理。

理論上，PLC上網的延遲能做到50ms以內。這個看具體的使用場景。如果場景內的電器設備太多，或者電網本身的質量不好，那么再強大的濾波也無法100%確保數據的高效傳輸。所以華為在推廣Q6路由器時，還特別強調了可以智能識別140+款的手游，為其提供加速能力。

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

結語

雖然PLC在智能家居的真正普及還有待時日，但這項技術本身能帶來的體驗上的改變，還是實打實看得見的。華為算是起了個頭，后續一定會有更多品牌跟進探索。

PLC看上去是對抗485、KNX這類方案，但實際上挑戰的是WiFi、ZigBee等無線方案的江湖地位。隨著PLC的加速落地，智能家居解決方案，開始涇渭分明：無線與PLC。