2023-05-17

Narrow-Band Power Line Communication探討和趨勢

甚麼是PLC

Power Line Communication(PLC)是一種電力線通信技術，透過傳統的電力線網路來傳輸數據以及訊息，也就是利用現有的電力電纜線作為媒介方式來進行資料傳輸，PLC使用高頻訊號，將這些信號可以透過電力網絡進行傳輸，從而實現數據的傳輸和接收。在1970年代後PLC技術開始在歐洲和日本得到廣泛應用於電力監控，因為PLC是使用現有電力線，所以建置成本低，和維護和運營成本也低

PLC區分為寬頻和窄頻兩種，應用領域也不一樣，如下圖表一所示。

PLC Type	Technology Type	Frequency Range	Coverage	Bit Rates	Standards
BPL	Home Plug	1.8MHz~250MHz	<1500m	200Mbps	ITU-T G.996x IEEE P1901
NB-PLC	G3-PLC	<148.5KHz(EU) <490KHz(USA) <500KHz(CHN)	Multi-Kilometers	<312 kbps	ITU-T G.990x IEEE P1901.2
NB-PLC	PRIME	<148.5KHz(EU) <490KHz(USA) <500KHz(CHN)	Multi-Kilometers	<128 kbps	ITU-T G.990x IEEE P1901.2

圖一

1. 寬頻電力線通訊 (Broadband Over Power Line, BPL)

BPL主要頻寬高，速度快可到200Mbps，但傳輸距離短低於1.5公里，多用於居家網絡延伸，或是將光纖互聯網連接帶入家庭的每個角落，在歐洲電信標準協會 (ETSI) 與電工標準化委員會 (CENELEC) 的標準，以及北美地區的就有明確定義PLC 可以使用的High Frequency band是從1.8MHz~30MHz Range (如圖表二)

Frequency Range	EU	USA
1.8MHz~12MHz	Access PLC	Home Plug AV (In House)
12MHz~30MHz	Home Plug AV (In House)	Home Plug AV (In House)

圖二、BPL美規和歐規差異

2. 窄頻電力線通訊 (Narrowband Power Line Communication; NB-PLC)

NB-PLC則是頻寬低，傳輸速度只能到800Kbps，但傳輸距離較遠，最長可到數公里遠，應用上適合於Outdoor領域，比如智慧電錶、消防和警報系統、智能照明（如鐵路、隧道、地下照明控制）、光伏和逆變器控制系統、HVAC 控制...等工業應用領域。

在歐洲電工標準化委員會(CENELEC)的EN50065規範和北美，中國，日本等地，也都有規定NB-PLC的頻寬範圍，如圖表三

District	Narrow Band Frequency Range
USA	FCC 10KHz~490KHz
China	3KHz~500KHz
Japan	ARIB 10KHz~450KHz
EU	3KHz~148.5KHz

圖三、NB-PLC各地區頻寬範圍

PLC傳輸原理

當需要使用電力線來傳輸數據資料就必須將高頻通訊訊號耦合到電力線上，將110V/60Hz低頻電力訊號和高頻的通訊訊號5V/100KHz透過耦合器結合之後再傳輸出去，反之在接收端將高頻的通訊訊號和低頻電力訊號經過耦合器分離後，就可以得到我們想要的資料，其中耦合器就是透過PLC Modem來做數據傳輸。如圖四所示

圖四、PLC 傳輸方式

Narrowband兩大聯盟PRIME和G3-PLC 的差異

在窄頻電力線通訊下有兩大聯盟，分別為PRIME（Powerline Related Intelligent Metering Evolution）和G3-PLC（Third Generation Power Line Communication）都是專注於能源網路監控的通信的標準，但它們有一些差異。以下是兩者之間的差異規格：

1. 調變方式：PRIME使用OFDM（正交頻率分割多工）調變，而G3-PLC使用多載波調變。

2. 數據速率：PRIME的數據速率為最高128 kbps，而G3-PLC的數據速率為最高312 kbps。

3. 頻率範圍：PRIME可在各種頻率範圍（如20kHz至100kHz，120kHz至490kHz等）內進行通信，而G3-PLC則專注於低頻（3kHz至500kHz）通信。

4. 安全性：PRIME支援128位AES加密，而G3-PLC支援128位或256位AES加密。

5. 節點數:PRIME最大節點數為1024個，而G3最大節點數為2000個。如下圖五，G3 hybrid結合RF(Radio Frequency)能支援更多的節點，使得它更適合於更大的網絡。