电力线通信“搅局”物联网,力合微如何走出“电网依赖”

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如果电线能传递信号,电器在接入电网的同时能够实现联网,是不是既能省去铺设光纤电缆的成本,又能避免路由器带来的辐射威胁?

用电线传递信号,听起来像天方夜谭,实则已经历了近百年的技术演进。至今,基于电力线通信技术(PLC,Power Line Communication)的“电力猫”依然被应用于家庭和办公等小型场景,作为有线和无线通信的替代方案。

尽管美欧日等发达国家和地区频频加码电力通信技术,其速率提升效果却不尽如人意,该技术目前主要还是应用于远程抄表等低速率场景。中国电网规模在2009年跃居全球第一,虽然电力线通信技术的应用领域仍较为狭窄,但在智慧电网的改造中却有广阔市场空间。

在市场需求的支撑下,部分产业链上下游企业脱颖而出。力合微电子,是一家专业集成电路设计企业,拥有物联网通信核心基础技术及底层算法,其设计的芯片主要用于电力线通信领域,着力解决物联网系统“最后1公里”的通信难题,以实现进口替代。

从2016年到2018年,力合微业绩高速增长,主营业务收入从1.12亿元增长至1.87亿元。除了营收增长外,力合微“高速电力线通信线路驱动芯片”也于2019年研发成功并取得规模预售订单,打破德州仪器等海外厂商的垄断。传输速率的提升,也将进一步拓宽电力线通信技术的应用领域。

电力线通信技术在智慧城市和智能家居场景下的应用前景如何?能否挑战WiFi、ZigBee和蓝牙技术在物联网行业的地位,与5G一起成为物联网的“搅局者”?

智能电网孵出芯片龙头

电力线通信技术原理并不复杂:将含有信息的高频电波加载于电流,带着高频电波的电流经过电线传输到达终端后,终端的适配器再将高频电波从电流中分离出来,完成信息传递。

早在20世纪20年代初期,人们就能利用电力线通信技术实现电话通信——在同一个变压器的供电线路内,从电线过滤出电信号。

通信巨头们从未拖延电力线通信技术的研发和标准化建设的进程。如果电力线真的能取代铜缆甚至是光纤,企业将节省大量矿产资源和铺设成本。毕竟,仅全球海底光缆总长度就超过140万千米,可以绕地球35圈,累计投资超过500亿美元。

1991年,电力线成为美国电子工业协会确认的三种家庭总线之一。随后,思科、英特尔和惠普等13家公司成立家庭插电联盟(Home Plug Powerline Alliance),当时的电力线通信技术已经能够支持1Mbps的速率传输数据。不甘落后的德国电力巨头REW公司则在不久后推出能达到2Mbps带宽标准的调制解调器。

中国电科院在1999年开始研发高速PLC,并于2001年建立了第一个实验网络。通过组织国内厂商实验,我国相关技术得以迅速发展,电科院自研的14Mb/s系统基本达到国际水准。可是,电力载波的信号干扰严重,无法胜任长距离信息的传输工作,功率的提升也会导致设备发热严重,造成使用体验不佳的情况。

此时,基于电话线的ADSL技术迅速崛起。利用有线电话的铜线资源,ADSL能实现上行640kbps,下行8Mbps的带宽,且与通话互不干扰。但好景不长,最终是速率更快、成本不断降低的光纤,开启了“光通信时代”,不管是电力线通信、ADSL还是基于有线电视的广电宽带,统统“靠边站”。电力线通信应用也“回归”电力系统,支撑远程抄表等功能。

2018年,中国年度发电量超过全球发电量的四分之一。但智慧电网的相关设备,尤其是高速电力线通信线路驱动芯片,仍需要依赖德州仪器等海外厂商。如果中国厂商不能及时跟进,不仅将错过智慧电网的红利,也将失去高速电力线通信拓展应用场景的先机。

自成立之初,力合微就致力于研发自主可控的通信技术和相关算法,并在其基础上研发满足国产替代要求的芯片。在智能电网场景中,电力线通信主要用于国家电网和南方电网智能电表的数据采集。力合微芯片、模组等产品的应用领域,也逐渐拓展至窄带通信可以满足的其他场景,比如园区、楼宇、酒店、景观灯光等综合能效管理系统。

电力线通信“搅局”物联网,力合微如何走出“电网依赖”?

力合微电子在电网统招市场渗透情况(来源:力合微招股书)

掌握多项核心技术的力合微电子营收迅速增长,逐渐成长为行业龙头。2017年,国家标准GB/T31983.31-2017《低压窄带电力线通信第31部分:窄带正交频分复用电力线通信物理层》颁布,而力合微就是该项标准的执笔单位。

2019年3月,国家电网提出全面建设“泛在电力物联网”,意在围绕电力系统的各个环节,运用移动互联、人工智能等新兴技术,进而实现电力系统各环节的“万物互联”。未来,泛在电力物联网将不限于传输电网内的用电数据,还将在智能家居、智慧城市、智能城市等新场景发挥新作用。

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