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电力线通信“搅局”物联网,力合微如何走出“电网依赖”?

夏一哲
2020-07-23 · 10:45
[ 亿欧导读 ] 力合微电子及其芯片、模组产品,解决了电力线通信带宽窄、功率高的技术痛点,在智慧城市、智能家居等广阔的市场中扶摇直上,有望在国产替代基础上抢占下一代高速电力线技术标准制高点。
电线塔 基建,Wi-Fi,物联网,5G,ZigBee,电力线通信

作者:夏一哲,图片来自“Unsplash”

撰文|夏一哲

编辑|唐钰婷

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。

力合微电子在电网统招市场渗透情况(来源:力合微招股书)

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。

探索物联网落地

电力线通信的传输速度将直接影响电力物联网的竞争格局,物联网芯片的战略位置则举足轻重。

在窄带低速时代,单载波和简单调制技术的速率通常小于500bps,技术成熟于上世纪90年代,国内企业生产的产品目前已经实现国产替代。新一代窄带电力线技术则基于OFDM多载波数字通信技术,依赖高集成度专用芯片才能实现。力合微基本实现与国外企业同步研发,其开发的具有自主知识产权的电力线通信技术和芯片已经大规模应用。

窄带低速电力线通信只能满足远程自动抄表等应用的需求,无法支撑电力物联网的进一步应用,因此带宽在2-12MHz的高速电力线通信芯片崭露头角。力合微与海思半导体同为国内厂商在该赛道的代表,两者在2018年共同获得国网智能量测联盟颁发的“标准特殊贡献奖”。

除了国产替代的迫切需求外,力合微自身业务也亟需新的增长点。来自电网系统的订单回款周期较长,增加了力合微资金周转的压力。从2016年到2019年6月底,力合微应收账款不断增长,从5,167万元增长到1.77亿元;同时,经营活动产生的现金流量净额在2016和2018年均为负,2017年也仅有27.8万元。

如果力合微的产品能在其他场景实现落地,减轻对电网系统的依赖,将有助于力合微业务的多元化发展。

从2018年开始,力合微开发多个物联网应用领域市场,开拓芯片产品的应用场景。在智能家居场景下,力合微PLBus电力线通信技术加持之下的模块能够为智能家居设备提供网络连接和数据通信支持。对比主流的WiFi、ZigBee等无线解决方案,电力线通信的信号可以规避墙壁的阻碍,实现无死角、无盲点覆盖。

2019年,力合微与万家乐、万和等热水器厂商展开合作,用PLBus+无线的双模通信模式取代原来单纯的WiFi控制方式。搭载力合微芯片的万家乐智能热水器已经上市。在智能控制、智能路灯等应用领域,力合微也实现了一定批量的销售。其“非电网模块销售额”达到132.26万元,较2018年28.72万元的营收同比增长361%。

艾媒网的统计数据显示:我国智能家居市场规模在2019年突破1500亿元,2020年将突破1800亿元。尽管总体业务规模依旧较小,但如果力合微能凭借热水器切入智能家居市场,电力线通信技术无疑将成为WiFi 6的有力竞争对手。

2016-2019H1力合微主营业务收入占比

2016-2019H1力合微主营业务收入占比

通过科创板募资,力合微总共将募集3.18亿元,重点投入通信芯片的研发和产业化、研发测试中心的建设和物联网应用开发领域。如果力合微能突破目前的网速瓶颈,泛在电力物联网中,采集类应用的采集频次、内容和双向互动等方面,将有较大进展。

力合微电子已经自主研发出电力线通信芯片、模组及整机,在高速芯片赛道打破德州仪器等海外厂商垄断,实现国产替代。随着国家电网大力推进泛在电力物联网建设,力合微电子将分享到这一轮新基建红利,维持高速增长。

力合微电子及其芯片、模组产品,解决了电力线通信带宽窄、功率高的技术痛点,在智慧城市、智能家居等广阔的市场中扶摇直上,有望在国产替代基础上抢占下一代高速电力线技术标准制高点。

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