想玩電力線網路
筆者在電腦王編輯群裡負責網路相關產品，但卻甚少接觸電力線（Power-line communication，PLC）相關產品，農曆過年前突然將腦袋中的保險絲接上，想動手玩玩電力線相關產品，看看是否如網路上所謠言的一般，實際傳輸速度並無法應付當今高畫質影音串流應用。
為了驗證電力線網路實際運作情形，筆者在農曆過年時利用親戚家是透天厝的特性，實地驗證一番，畢竟筆者家中坪數並不大，無線網路就足以涵蓋整間房子，並無法突現出使用電力線網路的必要性。當然在實際使用之前，我們還是要先來了解電力線網路的相關規格。
HomePlug 佔據電力線市場
如同無線通訊標準一般，使用家中既有電力佈線傳輸資訊也不只一種標準，市場上主要由 HomePlug、G.hn 相互競爭。就筆者購賣產品之前所做的調查看來，台灣幾乎清一色販售 HomePlug 標準產品，因此消費者也就不用擔心產品選擇相容性問題。
HomePlug 從古至今可分為 1.0、AV、AV2 共 3 種版本，其中 1.0 版本因為傳輸速度過於緩慢，早已隨著市場洪流淘汰，目前則由 HomePlug AV 看守中低階市場、高階市場則由實體連線速率可達 GbE 等級的 HomePlug AV2 所把持。
▲由 HomePlug Powerline Alliance 推廣的 HomePlug AV 系列產品，幾乎已成為電力線網路在家庭實作的代名詞。
HomePlug AV 最高連線速度能夠達到 200Mbps，使用 2～30MHz 的頻率在電線裡面傳輸，並將此段頻率分成 1155 組子載波使用 OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交分頻多工）方式傳輸資料。部分晶片製造商如 Qualcomm Atheros，把使用頻率提升至 68MHz，推出名為 HomePlug AV500 產品，連線速率最高提升至 500Mbps。由於標準 HomePlug AV 和 HomePlug AV500 產品價差不大，筆者會比較推薦採買後者。
HomePlug AV2 則是以 1Gbps∕1000Mbps 連線速率為目標，使用 30～86MHz 頻率在電線傳輸（向下相容 HomePlug AV），並使用更高階的調變方式（4096-QAM）和編碼速率（8/9），讓連線速率能夠突破 1000Mbps，若再加上 MIMO（Multi-Input Multi-Output，多輸入多輸出）技術，市面上已經出現最高連線速率可達 1800Mbps 的產品販售中。
▲支援 HomePlug AV2 MIMO 的產品，額外使用接地線傳輸訊號。
HomePlug 產品除了使用市電的火線與中性線（水線）傳輸訊號之外，支援 MIMO 技術的產品額外使用接地線作為傳輸媒介，在道路更寬的狀況下提升傳輸速率，但是由於老舊建物並沒有接地線設計，因此並無法發揮 HomePlug AV2 MIMO 產品的最高效能。目前僅使用火線和水線傳輸訊號的 HomePlug AV2 產品，最高連線速來到 1000Mbps，使用者可依據家中電源插座形式挑選。
各種降低連線速率的殺手
建築物預先埋設的電線原本就不是為了傳遞資料訊號而設計，因此實際使用電力線網路產品確實有著不小的風險，最常見的干擾源就是電源迴路安裝的各種電器，除了會將電力線網路訊號吃掉以外，也會反饋或多或少的雜訊給電源迴路。電力線網路產品也不適合放在會過濾訊號的電器後方，譬如具備保險絲和突波吸收器的延長線、不斷電系統等。
電源迴路阻抗變化的地方，如插座、配電盤、保險絲等，也會造成電力線訊號反射，導致到達另一端的能量變小，無法判讀的時候就會採用比較低階的調變技術和編碼速率。另外一點大家所關心的就是跨電源相位傳輸，如同先前所述，電源線本來就只要傳輸電力、且電費計算正常就可以了，很難預測施工當時電源迴路接續做法，因此部分建築物能夠跨電表傳輸，部分甚至讓訊號跨過無熔絲斷路器都有問題，因此唯有實際購買安裝之後才能夠確定是否能夠運作。
註：台灣普通家庭住宅電源規格為單相 3 線交流電，分別為相位相反的 2 條火線與中性線，連結 2 條火線即可獲得 220V 電壓，連結 1 條火線與中性線即為 110V 電壓。
▲電力線網路產品體積與無線橋接器接近，部分產品還會額外內建電源插座。
最後則為電力線網路的通道存取方式，與 Wi-Fi 無線網路相同採用 CDMA/CA，當電力線網路節點想要傳輸時，會先偵測通道上是否被占用，因此當越多電力線網路產品存在於同 1 組電源迴路，彼此共享頻寬，就像越多人使用同 1 組 Wi-Fi 無線網路訊號一樣，沒有辦法如同有線網路每條線材頻寬獨立。
（下一頁： 採購設備介紹）
產品不多選擇不難
目前在台灣市面推出電力線網路的廠牌，包括 D-Link、TP-Link、VOLANS、Zinwell、ZyXEL 等均有不同速度的產品推出，絕大多數都是採用 2 個 1 組的包裝販售，HomePlug AV 規格產品 1 組約在千元上下，HomePlug AV500 則是 1,500 元左右，連線速率可達 1000Mbps 的 HomePlug AV2 產品則在 2,000 元以上的價格帶。
由於筆者需求規格包含無線網路功能，如此電力線網路裝置就不用額外連接無線網路裝置，省去空間之餘又能夠避免電源插座同時被 2 台裝置佔去。市面上包含無線網路功能的新手包選擇並不多，最終挑選約 1,700 元的 TP-Link TL-WAP4220KIT，產品包含 1 組支援 HomePlug AV500 的 TL-PA4010，以及 1 組額外支援 802.11n 雙天線收發的 TL-WPA4220。
▲筆者選擇 TP-Link TL-WPA4220KIT 作為過年試驗玩具。
內部晶片組合有時代感
電力線網路新手包都會有成對的產品，因為至少需要 2 組裝置才能夠建立電力線網路，其中 1 組 TL-PA4010 外殼無法拆開，接下來僅介紹包含無線功能的 TL-WAP4220。先就產品運作熱度來說，TL-PA4010 在過年期間約 20 度上下的室溫環境，人肉測試產品外殼僅有微溫，而 TL-WAP4220KIT 則因為多了網路 SoC 和無線網路晶片，顯得較為熱情（筆者拆開拍照後額外加裝散熱片與導熱墊）。
TL-WAP4220 以 Qualcomm Atheros AR7420 和 AR1540 構成電力線網路部分，前者負責媒體存取層和實體層，後者驅動晶片則是負責訊號最佳化，以及因應各國電源規格不同做出適當的調整。由於 AR7420 已經包含實體層，因此可推估 TL-PA4010 採用這 2 個晶片即可提供完整電力線網路功能。
除了上述晶片之外，TL-WAP4220 尚有 Realtek RTL8196C 網路 SoC 和 RTL8192CE 無線網路晶片，RTL8196C 其中 1 組網路埠連接 AR7420，另外兩組則是做成 RJ45 形式供使用者自行接駁其它網路產品，而 RTL8192CE 則是以 PCIe 介面連接至 RTL8196C。也就是說，TL-WAP4220 的無線網路和 2 組有線網路透過電力線連結至另外 1 端 TL-PA4010，需要共享單向 100Mbps 頻寬。
由此可推導出 1 組結論，無論電力線網路裝置能夠達成多高的連線速率（筆者購買產品支援 HomePlug AV500），裝置兩端都會受限於單向 100Mbps 的頻寬（雙向 200Mbps），唯有加入 3 組以上的電力線網路裝置節點才能用完。市面上目前也有支援 1000Mbps 有線網路的裝置，多數集中於 HomePlug AV2 產品，筆者購買的產品則不在其中。
▲TL-WPA4220KIT 新手組合包當中的 TL-PA4010，長度僅有 65mm。
▲指示燈由上而下為電源、電力線網路、有線網路，按下 pair 按鈕即可與其它相容產品配對。
▲新手包當中另外 1 組產品 TL-WAP4220，因為多了無線網路功能
讓體積增大。
▲LED 指示燈排列順序相同，最下方為無線網路指示燈與 WPS 配對鈕。
▲電力線網路配對鈕移至機身下方，且 TL-WAP4220 擁有 2 組有線網路。
▲本包裝 2 組裝置電源插座形式皆為美規雙孔，適合台灣地區使用。
以下的拆解動作僅是讓讀者對 TP-Link TL-WPA4220 有更深的認識，擅自開啟內部會喪失保固，也可能會對使用者造成傷害，請各位讀者不要模仿。
▲TL-WAP4220 拆開的樣子，右方外殼絕緣膠片底下包含散熱片，使用導熱墊與電路板相互連接。
▲AR7420 晶片包含電力線網路媒體層與實體層部分。
▲AR1540 晶片負責訊號最佳化，以及在各國不同電源規格當中進行調整。
▲網路 SoC 為 RTL8196C，已經算是有點年紀的產品。
▲由於本款產品功能並不複雜，僅安排 8MB SDRAM 供網路 SoC 使用。
▲無線網路晶片 RTL8192CE，支援 2.4GHz 802.11n 雙天線收發。
本款新手套件包其中 1 組裝置支援無線網路，除了能夠將電力線網路訊號直接轉換為無線訊號之外，也能夠反向以無線訊號連結至家中的無線網路路由器，再透過電力線網路傳送至屋中其它設備，額外支援 1 種使用情境。
（下一頁：實際跨電錶安裝會通嗎？）
實測最佳狀況連線速率 258Mbps
實際安裝在親戚家中之前，筆者先行在家中測試傳輸表現，將 TL-PA4010 和 TL-WAP4220 安裝在同 1 條延長線上的不同插座，與之搭配測試的無線網路卡為 Intel Centrino Ultimate-N 6300，有線網路則是使用 Asus Z87-Pro 主機板和 Lenovo ThinkPad X230 筆電內建的網路晶片。
▲TP-Link TL-WPA4220KIT 在筆者家中的測試結果。
在 2 台電力線網路擺放位置相當靠近的情況下，最大連線速率只有 258Mbps，並沒有辦法達到最高規格 500Mbps，可見家中電器散發出的雜訊影響並不小。由此可知，電力線網路並非是較佳的家庭網路佈線選擇，筆者家中的 802.11ac 訊號，隔了 1 道牆尚有 585Mbps 的連線速率（EnGenius EPG500、Google Nexus 9）。
挑戰透天厝 2 組電錶環境
筆者親戚家為 3 層樓透天厝，外加 1 層地下室作為停車場使用（建築物坐落於半山腰），電表部分也如同絕大部分透天厝擁有 2 組，1 組負責較常使用的 1 樓客廳和廚房環境，1 組負責 2、3 樓起居室。這種安裝方式有部分原因起始於台灣電價計費方式，一般家用電錶每月基本度數 20 度，且每度電費為累進費率，
▲透天厝為避免每度電費計價單位因累進費率飆高，安裝 2 組電錶相當常見。
▲TL-PA4010 安裝在 2 樓無線網路路由器 netis WF2409HP 附近，且因為附近沒有額外插座僅能插在延長線上（已確認此條延長線沒有突波吸收器）。
▲TL-WAP4220 安裝在 1 樓客廳活動區域。
首先需克服的難題為跨電錶作業，實際安裝後確認 1 樓與 2 樓的電力線網路裝置可相互連接，但有可能因為電線距離太長或電器干擾等其它因素，連線速率降至 100Mbps 出頭；這部分因各建築物電源配線狀況不同，而可能有不一樣的結果。在測試設備僅有 iperf 伺服器變更為 HP Pavilion Core i5 桌上型電腦的狀況下，有線和無線傳輸速度如下圖。
▲TP-Link TL-WPA4220KIT 於筆者親戚家中的測試結果。
▲使用 Intel Centrino Ultimate-N 6300 無線網路卡，於透天厝 1 樓連線至 2 樓的無線網路路由器傳輸結果。
因地制宜選擇網路形式
如果家中可以進行實體有線網路線材的連接，則最好使用有線網路，畢竟有線網路每條線材獨享頻寬，連線品質相較其它傳輸介質也比較穩定。對於行動裝置或是家中無法安裝實體網路線材的狀況，無線網路也是不錯的選擇，特別是近期 802.11ac 大幅提升連線速率，連線裝置與無線路由器中間間隔 1 道實牆的速率也還能夠接受。
倘若像是筆者親戚家無法拉明線，又因為無線網路路由器擺放位置受限，無法取得更好的訊號收發地點，此時安裝電力線網路就是還算能夠接受的辦法。經過實地安裝確認訊號能夠跨越電錶，雖然電力線網路速率僅有 100Mbps 出頭，實際傳輸速度也僅有 50Mbps 左右，但是卻比過去採用無線網路，在 1 樓連線時僅有 10Mbps 快上許多。
總體來說，在家中建立網路環境有許多做法，包含本篇文章所提及的網路線、無線網路、電力線網路等，國外甚至還有 MoCA（Multimedia over Coax Alliance）將網路訊號塞入有線電視同軸電纜當中的解決方式，該選擇其中何種方式或結合數種方式建立家中網路，有賴因地制宜權衡之後的結果。
TP-Link TL-PA4010 規格
- 電力線標準：HomePlug AV500
- 最大電線長度：300m
- 有線網路：100Mbps x1
- 其它：配對鈕
- 尺寸：65 x 52 x 28.5（mm）
TP-Link TL-WAP4220 規格
- 電力線標準：HomePlug AV500
- 最大電線長度：300m
- 有線網路：100Mbps x2
- 無線網路：802.11 b/g/n、2T2R
- 其它：配對鈕、重置鈕、WPS配對按鈕
- 尺寸：94 x 54 x 40（mm）
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