各國加速發展PLC技術　充分發揮電力線最後一哩附加價值

自從有了電力的使用，電力線便一直存在，利用電力線進行通訊並非新的技術，多年來一直被電力公司用作電網控制的工具。目前由於資訊產業的發達，藉由網際網路進行各種交易或得到資訊漸漸獲得大眾的認可。然而網路的鋪設往往不及資訊設備的發展與期待，尤其目前的用戶迴路接取面臨挑戰與困難，所以利用線路覆蓋率最高的電力線進行通訊，便成為「最後一哩」新技術努力的目標。本刊曾於去年介紹電力線通訊(Power Line Communication, PLC)的發展，本文則將介紹國際上最新發展趨勢。  

隨著寬頻網路的普及，網際網路的應用已經是現代人日常生活的一部分。在這網路爭霸戰中，實體網路技術也是日新月異，擁有經濟實惠的網路，則可在這場競爭中取得領先地位，尤其是「最後一哩(Last Mile)」的擁有，更會影響最後的市場占有率。  

目前市場上區域實體網路(Local Loop)的連接方式有ADSL、有線電視纜線、無線(WiFi、WiMAX)與撥接等方式，誰能提供低價、方便與穩定可靠的服務，誰就可能是網路爭霸戰的贏家。目前台灣「最後一哩」的接取方式，幾乎是以ADSL占有絕對優勢，直到最近，無線通訊(如WLAN、WiMAX等)與「電力線通訊」的發展，將有機會提供其他選擇。  

電力線通訊技術近年出現重大突破  

如何將電力線通訊技術應用於一般行業，甚至家庭上，作為通訊的工具，一直是人們努力的目標，因為電力線擁有不須另外配線的優勢，但直到近年來，技術上才有重大突破。  

早期電力公司利用電力線通訊技術作電網控制的工具，有些應用在自動讀表(Automatic Meter Reading, AMR)和監視控制與資料擷取(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)，此時傳輸速率非常低，為1～100kbit/s左右，之後隨著技術升級，傳輸速率慢慢提高至100k～1Mbit/s，但因局限於電力公司的應用，所以並未引起注意。  

雖然往後利用電力線進行通訊的技術持續發展，甚至速率已經大於1Mbit/s，然而因為使用較不成熟的調變技術，所以仍存在許多問題，也因為技術一直無法突破，所以已有許多公司相繼退出此領域。  

電力線通訊國際標準相繼出現  

拜通訊與電子技術的發展之賜，現在電力線通訊已有相當突破，目前國際上也有不少電力公司與電信公司合作發展電力線資料傳輸的業務，傳輸速率不但已經可達 2Mbit/s以上，而且發展愈來愈快，目前已有200Mbit/s電力線通訊產品商業化，同時電力線通訊國際標準也將相繼出現，如歐洲電信標準協會 (ETSI)與美國電子電機工程師學會(IEEE)都已著手制訂相關標準。  

發展至此，電力線通訊已經展現出它的優勢潛力，而成為最後一哩解決方案的選擇之一，此時電力線通訊正式由早期單純控制領域的應用，跨進寬頻網路世界的應用。  

目前PLC的家庭網路產品已在市場銷售，並可以幾十Mbit/s甚至上百Mbit/s以上的速率在家中的電力線傳輸資訊。也就是說，利用家中現有的電力線，不須要再布線，利用電力線通訊轉接器(Power Line Adapter)連接到電力插座，就可形成家庭區域網路，透過適當網路接取方式例如ADSL、纜線與PLC等，即可在家中任意電力插座達到上網的目的。  

更甚者，以後的家電設備都可以借助電力線，達到家庭自動化等應用。因此，將家庭連接至資訊社會的接入技術，以及各種新型態應用，將是PLC未來發展的重點。前述的應用均著重於家庭網路(低壓系統)，另外也有公司著眼於利用電力線通訊於接取端(中、低壓系統)傳輸的技術，如果此技術成熟，未來最後一哩的通訊障礙將會有所改變，尤其在台灣，目前最後一哩是一些固網業者與ISP的困擾。  

為了確認此技術於台灣的適用性，台電綜合研究所分別與國內三家固網及一家ISP合作建立測試系統，進行小規模的測試研究。其中包含中壓(11.4千伏特與22.8千伏特)與低壓(110伏特與220伏特)系統，利用此系統進行各種相關研究，可了解電力線通訊的各種特性。  

PLC系統利用配電網路與家庭電力網路  

顧名思義，電力線通訊就是利用既有電力線，將數據或資訊以數位訊號處理方法進行傳輸。此技術基本上是設計成為最後一哩解決方案之一，以及家庭網路的延伸，可延伸至家庭各個電力插座，而非局限於家庭電話線入口處，並非為了取代整個通訊網路，所以整個電力線通訊在架構上是利用電力系統中的「配電系統」部分，即配電網路與家庭電力網路(圖1)。  

圖1所示為電力系統與通訊網路對照，圖中上半部電力系統部分，可分為發電、輸電、配電與用戶端線路(售電)四部分。由發電廠產生電力後，經由超高壓輸電系統(345/161/69千伏特)將電能傳送到用電地區，然後將此超高壓系統轉換成配電等級系統(11.4/22.8千伏特)，最後再轉換成一般市電 (110/220/380伏特)進入用戶。下半部則是一般通訊網路，其中則大致分為骨幹網路與最後一哩(含接取與用戶線路兩部分)兩大部分。  

例如台電的電力線通訊實驗計畫即是利用電力系統中的配電系統與用戶端線路進行測試，其中包含電力系統的中壓(11.4/22.8千伏特)與低壓線路(用戶端，110/220/380伏特)，所以基本上電力線通訊又可分為中壓(MV)電力線通訊，以及低壓(LV)電力線通訊(連接用戶)，系統組成示意圖如圖 2所示。  

圖中灰色線路(外圈粗線)表示電力線通訊部分，此系統包含中、低壓部分，變電所到桿上變壓器之間，屬於中壓配電線，也就是中壓電力線通訊系統，桿上變壓器或配電室變壓器到用戶之間，屬於低壓配電線，也就是低壓電力線通訊系統。  

一般來說，電力線通訊系統的應用可分為兩種，一種為光纖網路連接到變電所(Substation)，然後透過中壓PLC與低壓PLC連接到用戶。另一種則是光纖網路連接到桿上變壓器，然後直接以低壓PLC連接到用戶。然而無論何種PLC方式，其背後骨幹網路(Backbone)都是光纖網路。  

使用設備分為中壓/低壓兩類  

電力線通訊是以各種調變技術，將高頻訊號載上現有電力系統中的電力線，以電力線為傳輸媒介達到通訊目的。如同前述，電力線通訊分為中壓電力線通訊與低壓電力線通訊。因應不同線路環境與品質，必須設置適當設備，以電壓等級區分，則分為中壓設備與低壓設備；若以系統區分，則包含頭端設備(Head End)、閘道器(Gateway/Repeater)與用戶屋內設備(Customer Premises Equipment, CPE)，如圖3所示。  

頭端設備負責中繼器與CPE的安裝與管理(註冊、QoS管理等)，如圖4所示；中繼器則是在訊號過弱時加強電波，用來延長傳輸距離；另外，CPE則可插在家中各電力插座上，當作與各種電腦設備連接的數據機而連上網路。因為CPE可以移動，所以具有方便性與可攜性，如圖5、6所示。其中，圖5用戶端設備包含 VoIP(RJ-11介面，利用此設備除可以上網外，也可連接一般傳統電話)與乙太網路介面，圖6是兩種不同系統，且不含VoIP(僅含標準乙太網路介面)用戶端設備。  

最早的PLC示範計畫於英國登場  

最早進行的PLC示範計畫，是由北電(Nortel)於1997年在英國曼徹斯特進行。北電沿著電力線裝設繼電器，藉以增加資料訊號及過濾雜訊。但這些繼電器不僅產生大量電磁干擾，連在輸電網周遭的政府緊急服務也都無法利用無線電連繫，以致於英國當局決定停用該系統。北電將這套系統移至德國再次實驗，但最後卻落得將系統售予西門子(Siemens)並被迫退出PLC市場。  

2004年2月，加拿大安大略省的蘇聖瑪麗市(Sault Sainte Marie)所屬公用電力委員會在加拿大進行第一個PLC示範計畫。這次示範計畫採用混合式(Hybrid)技術，在中壓利用輸電線載運資料，並在電線桿上裝設無線傳輸節點(Hot Spot)做為最後傳送媒介，使用者利用無線網路裝置就可連上網路。  

此次示範計畫展現PLC所具有的優勢，用戶可在全市任一電線桿150公尺內上網，不再只限於家中或辦公室上網。Amperion of Andover公司提供該計畫連結輸電網到無線節點的資料傳輸技術，該公司在北美已有十二個試驗性的市場在運作。  

另外，美國Cinergy電力公司與合作夥伴Current Communication公司於2004年3月在美國俄亥俄、印第安那及肯塔基三個州提供150萬用戶PLC服務。在先期進行示範計畫時，系統的高效能獲得極高的顧客滿意度。  

Cinergy系統與蘇聖瑪麗市系統的不同處，在於使用客戶家中或辦公室的插座做為連結網路的方法。Current Communication公司製造的數據機不須另外安裝，使用者只須將數據機插上插座，就可將輸電網路轉換成為區域網路。而在另一端，消費者只要用一條網路線連結即可上網，除了網際網路服務，Cinergy也同時提供語音與資料整合服務。  

西班牙是最積極的歐洲國家  

歐洲方面，西班牙是目前進行PLC示範計畫最積極的國家之一，該國三大電力公司分別與日本三菱或住友公司(Sumitomo)合作進行。 Iberdrola是西班牙第二大電力公司，其PLC網路技術及設備為西班牙業者DS2研發、由日本Toyocom製造的晶片組。Toyocom公司是 DS2全球合作夥伴之一，在研發高效能、低成本PLC晶片及軟體技術上，有優秀的成果表現。  

DS2原本是一家晶片設計及供應公司，本身並不製造設備，設備均委外製造，不過提供整體設計參考，以利合作夥伴能夠使產品儘早進入市場。目前DS2晶片組的資料傳輸率最快達到200Mbit/s的傳輸速度，DS2晶片組使用範圍很廣，在中壓輸電網上，使用在節點(Nodes)中可提供骨幹傳輸；在低壓電線中使用於中繼器，可以直接進入家庭網路。  

另外使用於建築物中的閘道器，則可讓建築物快速建構起區域網路；使用在CPE設備中如數據機、轉換盒與機上盒，則可插於任何家庭電力插座，而構成家庭網路。  

西班牙三大電力公司在各自的示範計畫測試時，使用不同的晶片供應商所提供晶片。在Barcelona、Seville、Santiago de Chile及Zaragoza各地區的測試中，西班牙第一大電力公司Endesa使用瑞士公司ASCOM及DS2的晶片；Iberdrola電力公司在 Madrid、Toledo及Valencia的測試，晶片是由以色列公司NAMS、ASCOM及DS2提供；第三大電力公司Union Fenosa在Guadalajara及Madrid地區的測試，使用的是以色列公司Main.net及DS2的晶片組。  

國際組織開始進行標準訂定與研究  

除了上述計畫之外，國際上也陸續成立相關組織，針對PLC進行標準訂定與研究。歐盟於先前成立開放電力線網路研究聯盟(Open PLC Research Alliance, OPERA)，並提出一個為期四年(2004～2007年)的兩階段計畫。OPERA第一階段(2004～2005年)在全歐洲地區進行各項PLC試驗，包含利用PLC提供寬頻服務、與智慧型電表結合的應用，以及將PLC應用在保全及老人安養系統等，並提出相關白皮書；第二階段(2006～2007年)則將PLC全面商業化並拓展至全歐洲。OPERA對於發展PLC的態度，是希望全歐洲民眾能使用寬頻及相關資訊服務，因此採取與其他寬頻技術(ADSL、纜線)共存的方式，並非希望以PLC的優勢(安裝方便、成本低、傳輸速度驚人等)壟斷歐洲寬頻市場。  

美國政府明確支持PLC技術  

另外，美國政府目前也致力於PLC技術發展，白宮於2004年4月提出的美國寬頻政策白皮書，即明確指出美國政府對PLC技術的期待，希望經由此一技術，讓用戶透過任一電力插座皆可連結網際網路。聯邦通訊委員會(FCC)對PLC技術也表示支持，並在2004年10月公布完整的PLC相關法規。電子電機工程師學會(IEEE)也已成立專責小組，全力訂定PLC周邊硬體的標準及協定─IEEE P1675，預計在2006年完成。  

位於維吉尼亞州的曼那薩斯市(Manassas)在2004年初提供PLC商業化的服務，這也是全美第一個將PLC技術商業化的城市，在此之前，曼那薩斯市已進行16個月相關測試計畫。該市與ComTec公司簽定營收分享協議，曼那薩斯市民所有PLC服務所需的軟硬體、內容及人力，皆由ComTec公司負責提供，市政府只提供輸電線、專業電力人員及60哩的光纖做為主幹。收費標準則依PLC在曼那薩斯市寬頻市場的市占率收取，市政府最多可收取40%的金額。  

於此同時，紐約州的Con Edision電力公司也利用旗下電力網(Power Grid)在曼哈頓測試PLC，並轉投資PLC系統整合龍頭Ambient公司，金額達140萬美元。  

2005年7月，網路搜尋引擎巨擘Google、媒體業者赫斯特(Hearst)，以及高盛銀行宣布共同投資美國Current通訊集團1億美元，協助該集團進行PLC相關研究及測試。IBM也於2005年初宣布與Center Point公司合作，提供PLC寬頻服務。  

日本有條件解除禁令  

亞洲方面，日本政府於2001～2003年以PLC會對無線電產生干擾為由，禁止日本境內所有PLC測試，但在2003年，日本資訊科技政策中允許企業對電力線通訊進行研究。因此在2004年1月底，日本總務省有條件的解除了示範計畫的禁令。2004年7月底為止，已有7家公司申請試驗獲准，包括兩家電力公司─東京電力及九州電力，外加5家電力相關設備製造商─松下電器、松下電工、三菱電機、Linecom、Preminet等。  

試驗地點總計13個，其中11個位於關西及九州等西日本地區。截至2004年4月底為止，已有三菱電機和Linecom實施並完成各自的試驗。三菱電機除在日本境內進行PLC測試外，另於西班牙地區與Endesa及Iberdrola兩家電力公司合作建置PLC系統。東京電力也在2004年8月到2005 年3月，於該公司的員工住宅內進行最高速度為200Mbit/s的PLC實驗。在開發200Mbit/s調變解調器的同時，該公司已經向日本總務省關東綜合通訊局申請了在自有住宅中的兩處進行實驗。實驗使用住友電工開發的200Mbit/s電力線通訊調製解調器，驗證集中住宅中減少電磁波洩漏的技術。  

中國各省展開示範計畫  

中國大陸方面，中國電力科學研究院自1999年開始從事高速PLC的研究工作，開發了2Mbit/s、14Mbit/s、45Mbit/s等高速PLC系列產品。除此之外，由深圳國電科技發展公司控股的深圳市國電科技通訊有限公司，率先於2004年在大陸各省推出200Mbit/s電力線接入產品及解決方案。另外在2004年3月11日，美國PowerWAN公司宣布在四川及江蘇省進行總金額達3,500萬美元的PLC示範計畫，預計提供40萬戶PLC服務，包含一般用戶及商業用戶。  

PLC充分發揮電力線附加價值  

目前世界各國電業除了提供用戶最佳的服務同時，如何將成本極小化以提高競爭力，或提供電業的附加價值，都是各電業努力的目標，例如在日本，除了NTT之外，東京電力公司也是一家相當有規模的電信業者。電力線通訊正好可讓電業既有資產(電力線)的附加價值充分發揮，所以已引起廣泛的注意與興趣。  

(本文作者任職於台電綜合研究所電力研究室)  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌69期11月號)