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计算机的调制解调器，英文缩写Modem，中文俗称“猫”，它能把计算机的数字信号翻译成可沿导线传送的脉冲信号。通过电话线、宽带线传输，脉冲信号被线路另一端的另一个“猫”接收，並转换为计算机语言，还原图像、声音。这个过程完成了两台计算机之间的通信，也就是上网。
但是，福建电力科学院却研制成功一只“电力猫”，只需将这只“猫”插在电源插座上，就可以用电线上网、通话，无需电话线或光缆，上网速度一点不差，通话声音清晰，画面清楚。(图1) 福州市的一个住宅小区最早使用了电力上网技术，用这种方式上网，打电话。他们说，我们用这个猫上网一年多了。凡是有电源插座的地方就可以用，很方便。传输速率快，不用在屋里拉那么多线，计算机移动也很方便。 那么，电力线上网的基本原理是什么呢? 福建电力科学院总工、电力上网研发人王东方介绍说，用电力线上网的基本原理是在电力线上实现高带宽传输，“电力猫”就是调制解调器。调制解调由两块技术构成，一块是调制解调，另一块是动态自适应技术。 福建电力科学院院长吴文宣说，平时电线上网，没什么问题，有时候家里的电器可能都开起来了，这时家里用电量大了，电压受影响有所下降，它的电流也增大了，这时自适应技术就发挥作用，保障通信不受影响。(图2)  自适应技术是指在受到干扰或变化的环境下，保持生物或设备原有稳定工作特性的技术。我们家里的电源随着用电量变化，电压、电流都会发生变化。这时网络加载的信号就会不稳定，通过技术设备的调整，让网络的信号可以随着这种电流电压的波动自行调整，这就是自适应技术。
通常上网是把网线接到普通电话线或光纤上，使用的电压很低，对人是安全的。电力猫上网是网线直接插到220伏的电源上，会不会存在安全问题呢? 王东方说，可以安全使用电力猫，保证人身安全，因为电线上网技术使用的是磁耦合摄取信号，不和电力线相通。 一个线圈的电流变化，在相邻的线圈产生感应电压和电流，但是这两个线圈中的电是彼此独立的，相互之间是通过磁场联系在一起的，这种现象称为磁耦合。电力线通讯和上网时，网络信号与电力线内的电路通过磁耦合原理並行运行，磁场在电线外面变化，不影响电路内电力的传输，却在电力传输的过程中，把电磁信号传输了过去。(图3)  吴文宣说，一是有自适应技术，外边的干扰不会影响电力上网。二是所有入户的电力线都有避雷功能，因而不会发生雷击等情况。 福州某小区的变电机房，每户家里的电线上网信号通过配电柜实现转换，磁耦合线圈将网络信号耦合到电力线上，路由器控制着不同用户的身份和权限。变电机房本身有着严格的防雷和安防措施，也同时保障了电力上网信号的安全。 电力上网的信号比如说语音信号，及其他的信号是怎么通过电线传输的呢? 王东方说，电力线传输与互联网传输是一样的，都是以包的方式，一个包一个包的数据送过去。按照协议，另外一端把这些包拼接起来，就把声音或图像复原出来了。 吴文宣解释说，是把信号加载在电力线同步传输，实际上它是一种载波。 载波，就是把声音或图象这样的普通信号加载到通讯电波或输电电波这样的相对固定频率的高频信号上，以实现声音或图像信号的远距离传输。就像船一样，河水流动着，船也在水上漂浮着前进。只不过电波的速度是固定，只要通上电，就以每秒30万公里的速度传输。 那么，电力上网的优越性究竟在哪里呢? 王东方说，主要是网络安装进度快，比如一个小区用电力线上网不需单独走网线。如用宽带网络，每一小区的每座楼的每一户，甚至多个房间，都要把网线布过去。 电力上网小区，只需在小区的配电箱里，将外部的网络线接进来，在磁耦合线圈上绕上几圈，然后将磁耦合线圈扣在小区主电力线的动力线或零线上。电力上网信号就可以进入到小区的每一个用户，每家每户都有很多的插座、插孔，插上就可以上网。那么，安装如此便捷的电线上网技术，研发过程是不是也很顺利呢?(图4)  电线上网技术原理突破后，就开始尝试解决远距离通讯的难题。他们发现，随着传输距离的增加，网络信号不断衰减，怎么才能克服这个问题呢?电线网络信号最远能传输多远的距离，他们並不清楚。谁也没想到，最后这个问题的解决却源于一次偶然的失误。 王东方说，在长距离通信问题研究中，我们测试的时候，一个同事偶然把一根线弄掉了。却发现整个通道出现非常好的通讯情况，他们也搞不清楚机理，不知道怎么回事。 我们将每个环节拍下来，然后模拟再做一次，经过观察、分析找到了原因。才发现其中重要的道理。 一次偶然失误，让他们实现了重大技术突破。其实这样的先例在世界科学史上常有。德国物理学家伦琴在偶然中发现了X射线；美国的古德伊尔因为偶然的失误，不小心把橡胶和硫磺的混合物掉落在炉子上，却发明了高性能的橡胶。王东方他们就这样，解决了网络远距离传输问题，掌握了传输网络信号的关键技术。 电力上网在理论上可行仅仅是个开端，一定要应用到实际的用户中才行。果然，他们的电力上网投入到小区运行后，就出现了没有想到的新问题，用户的网络常常在电梯运行的时候中断。他们发现，原来电梯启动时，产生的大电流形成的磁场，干扰了网络信号的传输。于是他们采取在网络终端附加一个磁环，这样就像给电力猫穿上了防辐射服，可以保护传输信号不受外界的磁干扰，也就解决了电梯运行导致网络中断的难题。 吴文宣说，全国电力系统都存在大量的繁重的抄表工作，现在许多省市都在跟我们联系，希望我们解决这个问题，我们已开始研究解决的办法。 电线上网是一项借助现成的供电线路，就能实现通讯和网络传输的实用技术，它的最大优点就是省去单独铺设光纤或电话线路，大大节约了资源。同时这种技术还可以结合智能电表的普及，实现用户远程抄表，优化用电，甚至还可以实现家庭电器使用的智能化。 福建电科院历经十余年的研发，终于取得了电线上网技术的突破。从信号传输的角度看，不论是电话线、光缆，在原理上，电力线与它们並没有本质的区别。但是使用电力线进行网络传输，毫无疑问是一个新点子，把这个新点子变成现实就是一种创新，特别是在网络高度普及的今天，这种创新就显得更有意义。他们在创新的过程中，不断攻关，克服了包括电力传输过程中电压、电流不断变化的困难，突破了远距离传输的难题，最终方便了千家万户。 吴文宣说，希望我们的技术作为一种载体，促进实现国家倡导的三网融合。电力线上网，为三网融合提供了新选择。 |
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