Broadband - Reteaua europeana de distributie a electricitatii - Acces internet prin reteaua de energie electrica

Broadband inseamna putere

Acces internet prin reteaua de energie electrica

Ideea comucatiilor digitale prin reteaua de energie electrica este una ce dateaza din anii 1920m cand au fost inregistrate primela patente in acest domeniu. De atunci, cpmpaniile de utilitati din toata lumea au folosit aceasta tehnologie pentru masuratori si control la distanta. Totusi, aceste aplicatii necesita doar rate de transfer foarte joase.

Mai recent, se inregistraza un interes crescand pentru posibilitatea de exploatare a retelei electrice pentru a distribui acces internat in banda larga in zonele rezidentiale. Partea atractiva aa acestei idei este prezenta unei infrastructuri vaste, rata de penetrare a serviciului putand fi foarte mare in comparatie cu restul tehnologiilor ce folosesc fire. Accesul la internet devide la fel de important ca si accesul la electricitate. Pentru ca aparatele conectate la internet sunt implicit conectate si la reteaua de electricitate, unificarea acestor doua retele este foarte atragatoare. Alte alternative broadband, cum ar fi DSL si modemurile de cablu au ajuns in doar 10% din case in SUA, desi 60% din case sunt conectate la internet. Este o mare oportunitate pentru reteaua de electricitate sa umple acest loc liber. Se inregistreaza un interes crescand deasemeni pentru refolosirea retelei electrice interne a cladirilor pentru furnizarea de retele locale. Avantajul major al retelelor bazate pe reteaua electrica este prezenta infrastructurii de fire si prize, cere fece inutila instalarea altor cabluri.

In ciuda potentialului imens, tehnologia si disponibilitatea ei comerciala sunt privite cu scepticism. Acesta datorite unor probleme tehnice care inca nu au fost rezolvate:

Canalul liniei electrice este un mediu de transmisie foarte zgomotos si foarte dificil de modelat.

Canalul liniei electrice ridica probleme unice proiectantilor de modemuri, cum ar fi alegerea metodei de modulare si codare, si a schemei de detectie.

Probleme de control apar datorita naturii neizolate la interferente electromagnetice a liniei electrice, care devine atat generatoare de interferente, cat si tinta a acestora.

Alte probleme include prezenta transformatoarelor, segmentarea distribuirii si evident, siguranta.

Desi aceste probleme genereaza mult scepticism, exista un nou val de interes in comucatiile prin canalul electric. In europa, si mai putin in Statele Unite, companiile de electricitate se aliaza cu distibuitorii de internet pentru a conduce exerimente. Mai mult, in Statele Unite, consortiul HomePLug a pus la punc un set de specificatii pentru retele locale bazate pe linii electrice de interior.

Scopul acestui articol este de a atrage atentia comunitatii comunicatiilor asupra acestei idei interesante si provocatoare. Majoritatea articolor publicate in domeniul industriei electrice abordeaza subiecte legate de aparate electronice de uz casnic, distributia energiei electrice, aplicatii industriale si electronica industriala, in timp ce foarte putine documente despre comunicarea prin linii de electricitate au aparut in publicatii ale Societatii Comunicatiilor, cea care gazduieste de obicei inovatii tehnologice in domeniul sistemelor de comunicatie. In plus. Canalul liniei electrice ridica probleme legate de proiectarea modemurilor, modelarea cenalului, accesul la mediul de transmisie, si altele. Aceste probleme au fost doar partial abordate si rezolvate. De fapt, marea parte a eforturilor au fost indreptate catre modelarea canalului si realizarea unor produse functionale; dar, cu putine exceptii, o abordare din puinct de vedere al teoriei comunicatiilor si informatiei lipseste inca. Speranta nostra este ca aceste articole vor inspira munca teoretica care va pune fundatiile unei noi generatii de tehnologie a comunicatiei prin linii electrice.

Primul articol al acestei serii este scris de Gebhardt et al, si contine o privire de ansamblu asupra topologiei retelei principale, incluzand atat partea de medie tensiune cat si partea de inalta tensiune si o discutie despre multe aspecte ale comunicatiei prin retele electrice. Studiul conduce catre o analiza comparativa a retelelor din Statele Unite, Europa si Japonia.

Al doilea articol, de Ezio Biglieri, incearca sa acopere golul din literatura comucatiilor prin linii electrice analizand mai multe metode de modulare si codare adecvare pentru "canalul oribil", asa cum il numeste autorul articolului. Sunt comparate avantajele si dezavantajele acestor metode.

In al treilea articol, scris de Dai si Poor, autorii propun tehnici avansate de procesare a semnalului bazate pe "multicarier code-division multiplexing" si "turbo multiuser detection" pentru a face posibila comunicatia de mare viteza prin linii electrice de joasa tensiune.

In cele din urma, concluzionam cu doua articole scurte care rezuma reziltatele a doua incercari practice de implementare a PLC (power line comunciation).

Constrangeri fizice si de reglare pentru

comunicatia prin reteaua de distributie a electricitatii.

Martin Gebhardt, Frank Weinmann, Klaus Dostert, Univesitatea din Karlsruhe

Rezumat

Acest rezumat descrie topologia retelei de distributie a electricitatii, din perspectiva realizarii solutiilor de comunicatie prin liniile electrice in diferite tari. Caracteristicile canalului liniilor electrice sunt investigate, si sunt discutate cauzele interferentelor electromagnetice dintre tehnologiile PLC si serviciile wireless. Deoarece radiatiile provocate de PLC nu pot fi complet evitate, este necesara o solutie de standardizare. Este prezentata starea prevederilor mondiale, privind compatibilitatea electromagnetica (EMC).

Introducere

Importanta accesului rapid la internet este in continua crestere, in comunicatiile moderne. Im mod special petru utilizatorii casnici si pentru firmele mici, intinderea de noi fire nu reprezinta o solutie profitabila. Pe de alta parte, reteaua de ditributie a energiei electrice reprezinta o structura ierarhizata, omniprezenta, cu ramificatii largi. In general, prize electrice se gasesc in fiecare camera a unei cladiri, asadar, in principiu, o retea locala este disponibila. Mai mult, structura retelei de distributie de loasa tensiune (impreuna cu cablurile exterioare) este foarte potrivita pentru accesul la internet, oferind atat solutia pentru "ultima mila", cat si pentru "ultimul metru". In special petru "ultima mila", fostele companii monopoliste sunt inca proprietare ale liniilor, astfel ca o concurenta cu solutii alternative este foarte mult dorita. Petru retele interioare de mare viteza, liniile electrice prezinta calitatea unica de a conecta oricare doua puncte fara a fi necesare noi cabluri.

Deoare cablurile interioare si cele exterioare de distributie a electricitatii sunt foarte diferite, sisteme diferite de comunicatie (PLC) sunt necesare. Totusi, unele systeme sunt capabile sa comunice prin toate reteaua electrica, fare diferentiere intre partea interioara si cea exterioara. Spre deosebire de liniile telefonice, liniile electrice constituie un mediu comun, astfel incat toti utilizatorii au acces la capacitatea canalului.

Pe langa aplicatiile in banda larga, pe care se concentreaza acest articol, exista si aplicatii in banda ingusta ale PLC, care acopera frecvente de ordinul kilohertz ilor, folosite pentru comutare si semnalizare in reteaua electrica.

Articolul incepe cu o vedere de ansamblu asupra structurilor retelei de distributie electrica in diferite parti ale lumii. Apoi, articolul se concentreaza pe compatibilitatea electromagnetica intre PLC si serviciile wireless. Articolul se inchide cu un rezumat.

Reteaua de distributie electrica

Pierderile unei linii electrice cresc cu patratul intensitatii curentului (I2), asa ca este important ca I sa fie pe cat de mica posibil, mai ales pe distante mari. O masura de optimizare este folosirea unei tensiuni pe cat de mari posibile. Acesta idee genereaza nevoia une retele ierarhizate in functie de tensiune: pentru distante mari, sunt folosite tensiuni foarte inalte, care sunt aduse, in trepte, la valori mai joase, pentru distante mici. Astfel, retelele de distribuilie din toata lumea sunt similare:

Linii de inalta tensiune (HV) sau foarte inalta tensiune (EHV) pornesc de la centralele electrice, pe distante nationale. Tensiuni inalte sunt cele peste 36KV, iar foarte inalte sunt cele peste 300KV. HV si EHV sunt medii de transmisii pure, deoarece nu exista nici un consumator legat direct la ele.

Urmatorul pas este aducerea energiei in interiorul oraselor. Aici sunt folosite liniile de tensiune medie (MV), care constituie o retea mai fina. Tensiunile sunt intr 1KV si 36KV.

In cele din urma, tensiunile medii sunt transformate in tensiuni mici (LV), sub 1KV. Aceasta este o retea foarte fin distribuita, adaptata precis densitatii de consumatori.

De la un transformator MV/LV, puterea este transmisa prin cabluri destul de mari pana la locatiile consumatorilor, unde sunt conectate la panouri. Aceste panouri reprezinta punctul comun de unde toate firele catre consumatorii electrici pornesc.

Din toata arhitectura retelei electrice, partea de transmisie (de la centrala electrica pana la transformatoarele HV/MV), nu este de interes, deoarece legaturi wide-area, prin fibra optica sau cupru sunt disponibile in majoritatea tarilor. Chiar unele linii de inalta tensiune au asociate fibre optice. Deci in tarile industrializate, infracstructura de mare viteza pentr backbone este disponibila. Cu toate acestea, distributia informatiei pana la utilizatorul final este inca o problema, iar PLC, xDSL si retelele locale wireless sunt solutii posibile. Aici sunt de interes partile MV si LV ale retelei de distributie a energiei electrice.

Datorita structurilor diferite ale retelelor de distributie, este necesara o prezentare a proprietatilor liniilor care influenteaza solitiile PLC in diferite regiuni ale lumii.

Mai ales in in tarile mai putin dezvoltate, PLC ofera posibilitati unice, mai ales in cazul absentei infrastructurii telefonice. In gospodariile conectata la reteua electrica, se poate distribui accesul la internat prin PLC. In timpo ce in tarile industrializate PLC este doar una din alternative, in tarile putin dezvolatate, PLC poate fi singura alternativa viabila.

Din motive istorice, retelele de distribuitie a electricitatii ale tarilor mai putin dezvoltate sunt derivate din modelul retelelor din SUA sau Europa.

De aceea modele prezentate mai jos reprezinta si caracteristicile fundamentale ale retelelor din alte parti ale lumii. Totusi, trebuie avut in vedere ca pot aparea diferenete datorate gradului de ramificare diferite ale retelelor, datorate la randul lor diferentei de densitate a cladirilor. In plus, transformatoarele pot fi suplaincarcate de numarul maxim de clienti, lucru care nu se intampla in tarile dezvoltate.

Reteaua europeana de distributie a electricitatii.

Pentru distributia tensiunilor medii (10kV sau 20kV) sunt folosite atat cabluri aeriene cat si cabluri subterane. In zonele urbane se gasesc de obicei numai cabluri subterane. Cel mai adesea cablurile de tensiune medie sunt intinse in structuri de inel, astfel ca amdele capete sunt legate la acelasi "bus bar" de tensiune medie.

In timpul de operare, inelul este de obicei deschis, astefel incat rezulta doua ramuri. Sarcinile conectate la tensiunile medii sunt transformatoare tensiune medie/tensiune joasa (MV/LV) care distribuie 3 faze. De la "bus bar-ul" de tensiune joasa, cabluri de serviciu aduc energia in interiorul cladirilor.

Un transformator (MV/LV) distribuie pana la 630 kVA, care sunt sufucienti pentru a alimenta cateva sute de case. In mod uzual, 3 pana la 10 cabluri de serviciu pleaca de la o substatie de transformare, formand o structura arborescenta. Uneori se folosesc si topologii de tip inel. Daca este necesar, cladirile mari si fabricile sunt alimentate direct cu tensiune medie.

Laturile de tensiune joasa ale unui transformator reprezinta uzual o configuratie in Y, centrul fiind pus la masa.

De la faza la faza, tensiunea este de 400V, iar intre faza si neutru 230V. In Europa, toate cele 3 faze su neutrul sunt aduse la panoul consumatorului, deci cablurile de serviciu includ patru conductori. O astfel de structura permite ca semnalele PLC sa fie infectate intre 2 faze, ceea ce este bine din punctul de vedere a compatibilitatii electromagnetice (EMC). In interiorul cladirilor, semnalele PLC sunt injectate intre o faza si neutru deoarece nu toate cladirile au cablu de impamantare. Daca exista cablu de impamantare, acesta este scurtcircuitat cu conductorul de neutru la locul de conectare al casei. Astfel, fara modificarea retelei este imposibil sa se foloseasca neutrul si impamantarea drept conductori de semnal in interioul cladirilor.

Reteaua din Marea Britanie difera putin fata de cea din Europa. Tensiunile medii sunt de 6,6 sau 11kV. O diferenta importanta este ca, in general doar o singura faza si neutrul sunt aduse la foecare cladire. In consecinta, semnalele PLC trebuie injectate intre faza si neutru. Se va arata ca acesta este o solutie neavantajoasa in ceea ce priveste EMC.

O alta diferenta se gaseste in profilele cablurilor. In Europa cablurile contin patru sectoare, in timp ce in Marea Britanie se folosesc straturi concentrice. Fie conductorii celor 3 faze sunt asezati concentric, fie au fiecare un sector de 120.

Reteaua de distributie din Statele Unite

La nivel de distributie, cam 80% din cabluri sunt aeriene in SUA. In zonele urbane, marea parte a cablurilor sunt subterane. Tensiunile medii sunt intre 4 si 34 kV, iar lungimea liniilor este intre 15 si 50 km. Un circuit de distributie MV consta dintr0un trunchi principal de trei faze. Innfunctie de solicitare, un brat de una sau doua faze ajunge la sarcini. In zonele putin populate, circuitele MV sunt alimentate dintr-o dingura statie, avand o alta de rezerva. Retelele din orase sunt alimentate din mai multe puncte. In imediata apropiere a cladirilor, un transfomator pe o singura faza distribuie tensiunea joasa, care este conectata la panoul central al cladirii. Transformatoarele sunt adesea montate pe stalpi, langa cladiri. Pe o parte, transformatoarele primesc o faza si neutrul, iar pe cealalta distribuie 240 V si impamantarea. Lungimea circuitului LV este de pana la 300 m, cu 1 pana la 10 consumatori. In general, consumatorii primesc energia prin 3 conductori: 2x120V si 240V. Sarcinile normale se leaga la 120V, dar sarcinile mari la 240V.

Sistemul de acces la PLC poate fi locat in subteran, distribuind semnalul in liniile MV de distribuitie. Majoritatea consumatorilor primesc insa doar o faza si neutrul, deci semnalul PLC trebuie injectat intre faza si neutru. Datoriata atenuarii mari la frecvente inalte este nevoie de bridging prin transformatoare. Alta posibilitate este ca transformatoarele sa fie legate la fibra optica, iar semnalele PLC sa fie injectate doar in circuitele secundare ale transformatoarelor. Astfel se pot atinge date de transfer mult mai mari, deoarece canalul este folosit de un numar mic de utilizatori.

Sistemul PLC de interior din SAU este foarte asemanator cu cel din Europa: semnalele se injecteaza intre faza si neutru, la 120V.

Reteaua de distributie din Japonia

Structura retelei din Japonia este asemanatoarei cele din SUA. Totusi, tensiunile inalte sunt peste 22 kV si tensiunea medie este de 6,6 kV. Transformatoarele sunt ajezate tot pe stalpi, si distribuie 2 faze si o linie de neutru conectata la pamant, catre circuitele secundare. Deci clientul primeste energia prin 2 sau 3 fire, la 100 sau 200 V. Peste 90% din retea consta in fire aeriene. Lungimea unui circuit LV este in medie de 50-200 m. Pana la 30 de case sunt deservite de acelasi transformator.

Numarul caselor deservite de un transformator este mai mare decat in SUA. Deci, daca sistemul PLC ar porni de la mivelul MV, foarte multi clienti ar imparti acelasi mediu si ar rezulta rate de transfer inacceptabil de mici. Cum fibre optice sunt deja desfasurate pe traseele MV, exista deja o retea backbone puternica, deci sistemul PLC poate fi folosit doar pe nivelul LV. Ca si in SUA, semnalul PLC trebuie injectat intre faza si neutru.

Ideile de mai sus arata ca retelele de distribuitie a electricitatii din statele industrializate prezinta caracteristici  excelente pentru transmisii de date PLC la un cost atractiv, la nivelul buclei locale. In urmatoarele sectiuni sunt analizate caracteristicile canalului PLC.

Caracteristicile canalului PLC

Functia de transfer intre doua puncte ale retelei electrice este practic determinata de trei paramatri: lungimea cablului, tipul cablului si gradul de ramificatie. Pelcand de la acesti paramatrii este usor de dedus ca functiile de transfer ale retelelor HV, LV si MV sunt foarte diferite.

Din moment ce liniile electrice reprezinta linii de transmisie cu rezistenta pa unitatea de lungime R', inductanta pe unitatea de lungime L', capacitate pe unitatea de lungime L' si conductivitate G', acestea prezinta atenuare care creste cu lungimea liniei. G' depinde puternic de imbracamintea conductorulor, care este uzual un material izolator (PVC adesea).

Masuratorile arata ca linile cu izolare din hartie si ulei au atenuare mult mai mica decat cele cu PVC. [1].

Datorita pierderilor ohmice (R')  si a conductivitatii G', cablurile prezinta in general o constanta de atenuare, care creste cu frecventa. Figura 4 preszinta atenuarea medie pentru o linie de lungime data. Rezultatul este bazat pe un numar mare de masuratori ale functiei de transfer intr-un cablu cu izolatie PVC.

Din punctul de vedere al PLC, latimea de banda utilizabila pede o parte scade rapid cu cresterea distantei, iar pe de alta depinde de gradul de ramificare. Spre deosemire de cablurile subterane, cele aeriene prezinta atenuare slaba, datorata lipsei de pierderi in dielectric.

Pe langa caracteriticile de transfer nefavorabile, mai multe tipuri de interferente afecteaza calitatea PLC.

Compatibilitatea electromagnetica (EMC)

Compatibilitatea electromagnetica cu serviciile wireless este un factor crucial la implementarea solutiilor PLC. Aceastea sectiune prezinta o privire de ansamblu asupra conexiunilor foarte compleze care au dus la diferite blocaje.

In primul rand, cititorul trebuie sa isi aminteasca faptul ca liniile electrice au fost proiectate cu singurul scop de a transporta cu pierderi mici energia electrica, la frecvente de 50-60 Hz. Pentru a le folosi pentru PLC, vor transporta semnale la frecvente intre 9 kHz si  30 MHz. la aceste frecvente, liniile electrice prezinta scurgeri, mai exact, o parte din semnal este emanata sub forma unor radiatii electromagnetice. Astfel, liniile electrice pot fi considerate antene libniare cu eficienta mica.

Atunci cand semnalele PLC se suprapun peste frecventele serviciilor wireless, pot aparea interferente, ala caror putere depinde de puterea transmisiei si distanta, ca si de structura retelei de fire.  Daca, de exemplu, un receptor radio este asezat langa un fir electric, perturbatiile sunt foarte probabile, in timp ce la distanta de cativa metri nu sunt perturbatii observabile.

Fractiunea din semnal care este emisa ca radiatii electromagnetice este determinata de simetria retelei si a cablurilor acesteia. Simetria este definita in functie de impedanta intre conductori si impamantare. Daca pentru o linie cu doi conductori, impedante dintre fiecare conductor in impamantare este egala, linia se numeste simetrica, sau echilibrata. Pentru transmisia in modul diferential sunt necesare linii echilibrate, in timp ce lipsa liniilor echilibrate duce la transmisii in modul comun. Curenti de mod comun trec in paralel prin ambii conductori, in timp ce curentul de intoarcere trece prin impamantare. In general, curentii de mod comun sunt responsabili pentru radiatii. Curentii de mod diferential sunt egali in modul, dar trec in sensuri inverse prin conductori. O linie foarte bine echibibrata este caracterizata printr-un raport mare intre curentii diferentiali si curentii de mod comun, si are radiatii electromagnatice foarte mici. Pentru a definii o marime a potentialului perturbator al PLC, se foloseste impactul asupra unui receptor radio AM. Pentru acesta, este masurat campul electromagnetic emis cu o frecventa de 9 kHz, care este frecventa tipica pentru receptoarele AM. Pentru a masura intreg intervalul 9 kHz - 30 MHz trebuie folosite antene cu bucla magnetica.

Efectele cumulative ale radiatiei

In incercarile de reglementare, specificarea limitelor se face cu restrangere la un singur dispozitiv testat. Pentru PLC larg raspandit, poate aparea o noua problema: mai multe surse pot emite, neintentionat, in paralel. Datorita spectrului de frecvente folosite, pot exista contributii mari la campul indepartat, structurile de cabluri ce transporta semnalele PLC devenind un lant de antene. Astfel, este de asteptat ca uneori, portini din energia transportata sa fie radiata in unde prin pamant sau in aer. Aceasta situatie poate afecta serviciile radio de unde scurte care sunt foarte sensibile, cum ar fi emitatoarele radio amatoare, servicii wireless de securitate sau statii militare de supraveghere. Prin implementarea masiva a PLC, este posibila o crestere mare a radiatiei electromagnetice de fond. O investigatie teoretica a relevat ca nu ar exista nici o crestere notabila a radiatiei electromagnetice de fond, chiar si presupunand o rata de penetrare a serviciului de 20% in toate Germania, cu conditia ca sistemele folosite sa fie conforme cu propunerile germane pentru limitele cumpurilor. Totusi, daca se pleaca de la presupuneri diferite, rezultatele se dovedesc a fi mai putin optimiste in privinta compatibilitatii electromagnetice a PLC.

Masuri de reducere a radiatiilor datorate PLC

Acestia sunt pasii recomandati pentru reducerea radiatiilor nedorite cauzate de PLC:

simetria liniilor folosite pentru transmisii de inalta frecventa trebuie exploatata la maxim si chiar inbunatatiata prin modificarea retelei.

Pe de o parte, filtre de frecvente inalte pot fi instalate la sfarsitul liniilor pentru a constrange semnalul PLC pe traseul dorit si a-l inpiedica sa se propage in conductori ce radiaza puternic. Aceste filtre se dovedesc foarte eficiente, dar sunt destul de scumpe. De aceea, unele companii de utilitati refuza sa instaleze astfel de filtre. Cun toate acestea, in viitor, pentru a obtine retele cu viteze foarte mari de transmisie, astfel de filtre vor fi singura posibilitate.

Pe de alta parte, selectarea conductorilor duce imediat la exploatarea simetriei "naturaele", gasita de exemplu, in cablurile electrice cu 4 sectoare. Deoarece in Europa continentala, in mod frecvent, sunt folosite 3 faze pentru a alimenta o cladire, semnalul PLC poate fi infectat intre 2 faze. Folosirea a 2 faze pentru semnale de inalta frecventa duce la o simetrie mult mai mare devcat in cazul semnalului injectat intre faza si neutru. Totusi aceasta solutie nu este aplicabila pentru interiorul cladirilor. Datorita folosirii pe scara mai larga a cablurilor cu 4 conductori, retelele din Germania sunt mult mai potrivite pentru PLC decat cele din Marea Britani, unde, de obicei, doar o faza si neutrul sunt aduse in interiorul cladirilor.

Dupa cum am spus, interiorul cladirilor nu prezinta conductori cu simetri naturala, asa ca semnalul trebuie injectat intre faza si neutru. In prezent se fac totusi oincercari pentru injectarea semnalului intre neutru si impamantare.

reducerea densitatii puterii spectrale: deoarece emisiile semnalelor PLC sunt masurate in intervale limitate de frecventa, reducerea densitatii puterii spectrale (PSD) a semnalului PLC duce imediat la coborarea nivelului radiatiilor, desi puterea totala de transsmisie ramane nemodificata. Deci, este avantajos a fe folosi scheme de modulare in banda larga, care impart in mod egal puterea de transmisie peste un domeniu de frecvente larg. Eficienta acestei metode este totusi limitata de caracteristica trece-jos a liniei electrice.

Aceasta sectiune a indicat aspecte importante ale compatobilitatii electromagnetice intre PLC si dispozitive wireless. Sa dovedit ca simetria necesara pentru EMC este destul de limitata n reteaua electrica. Ca urmare, evitarea completa a radiatiilor nedorite este nefezabila. Mai mult, pe langa PLC, simetria oricarei retele de comunicatii este limitata (telefonie, cablu TV si LAN), deci fiecare are un potential de emisii electromagnetice.

Aspecte ale reglemantarii

Subiectul acestei sectiuni sunt eforturile prezente de a reglementa international coexistenta intr PLC si dispozitivele wireless.

Liniile electrice pot fi considerate, din punctul de vedere al radiatiilor electromagnetice, emitatoare voluntare sau involunare. Un emitator voluntare foloseste radiatia electromagnetica drept purtator de semnal; acesta este cazul dispozitivelor wireless. Un emitator involuntar emite este in principiu un dispozitiv ce lucreaza in principal cu semnale prin fire, dar produce radiatii ca pe un efect secundar nedorit.

Daca sistemul PLC se doraste a fi licentiat ca un emitator voluntar, licentierea trebuie sa fie superioara (sa se faca, de exemplu de o autoritate notionala de reglementare). Datorita faptului ca spectrul este dens acoperit de servicii radio, (emitarori voluntari) nu se va putea obtine licentierea sistemului PLC. Deci, radiatia PLC trebuie privita ca un fenomen nedorit, parazit, iar sistemul PLC trebuie privit ca un emitator involuntar.

Acesta varianta implica faptul ca emisile PLC trebuie sa fie conforme cu normele curente de compatibilitate electromagnetica.

Trebuie facuta diferenta intre doua standarde de compatibilitate electromagnetica:

publicatii ale unor comitete internationale, cum este CISPR, si care sunt de obiecei adoptate ca legi nationale

legi ale autoritatilor de reglementare nationala, atunci cand nu exista legi ale comitetelor internationale.

In prezent exista un standard international pentru PLC, pentru sisteme simple de control si comutare. Aceste sisteme ocupa frecvente pana la 55 kHz. Standardul limiteaza implicit radiatiile nedorite prin limitarea tensiunii maxime ca poate fi trimisa in reteaua electrica.

Un sistem PLC petru transmisii de date peste bucla locala, foloseste frecvente mult mai mari de 525 kHz, pentru rate de transfer bune. Dar daca se folosesc frecvente peste 525 kHz, nu exista nici un standard care sa se aplice. Cel mai apropiat ducument de PLC este CIPPR 22. acest document specifica limitele echipamentelor tehnologice informatice, si face distinctie clara intre doua porturi: unul principal, de alimentare, si unul de telecomicatie. Din aceasta cauza apare o problema pentru PLC, care foloseste un sigur port atat pentru alimentare, cat si pentru telecomunicatie.

Confirm CISPR, potentialul de interferenta al unui port se evalueaza legandu-l la o retea artficiala care trebuie sa emuluze cat mai bine o retea adevarata. Pentru portul de telecomunicatie se foloseste o retea in T stabilizatoare de impedanta (T-ISN), iar pentru portul de alimentare, o retea in V ISN.

Dupa cum reiese din figura 5, masuratorile V-ISN determina tensiunea intre un conductor in impamantare. Aceasta nu este legata in mod direct de potentialul de interferenta a semnalului de comunicatie. Limita de ternsiune a fost fixata in CISPR 22 asfel incat sa nu fie de asteptat interferenta cu dispozitivele wireless.

Masuratorile T-ISN deternina tensiunea asimetrica Uasim. Acesta marime reflecta potentialul de interferenta a semnalului.

PLC trebuie privit ca un sistem de telecomunicatii, chiar daca semnalul este injectat in portul de alimuntare, de aceea trebuie facuta o discriminare intre PLC si restul sistemelor de telecomunicatii prin fire.

In general, documentele CISPR au un rol consultativ si nu este obligatoriu sa fie adoptate de fiecare tara. In continuare se prezinta starea reglemantarilor in diferite tari.

Europa

Pentru PLC de viteza foarte mica, un dominiu de frecvente intre 3 si 148,5 kHz este disponibil, conform standardului EN50065, aplicat inca din 1991. domeniul este separat in benzi A, B, C si D, cu limite clare ale amplitudinii semnalelor. In banda C exista chiar un protocol CSMA (carier sense multiple access). Datorita limitarii benzii de frecvente, rata maxima de transfer este limitata la 100 kb/s.

Statele Unite

In statele unite folosirea PLC este reglementata prin FCC Part 15, care face diferentierea intre aplicatii de viteza mica pentru semnalizare si comutare a retelei, si aplicatii de mare viteza. Aplicatiile de viteza mica pot opera la frecvente sub 490 kHz. In comparatie cu legislatia europeana, FCC Part 15 este mult mai generoasa cu domeniul de frecvente.

Japonia

In Japonia, PLC este plermis intre 10 isi 450 kHz prin legea radio nationala. Domeniul de frecvente este util pentru rate mici de transfer. Mai mult, ca si in Europa, sunt specificate subdomenii de frecventa si exista reguli detaliate de limitare.

PLC la frevnete mari ( 30 MHz) nu este permis inca.

Concluzii

In acest articol sunt analizate caracteristicile liniilor electrice la fracvente inalte, in diferite tari industrializate, din punctul de vedere al PLC. Sunt subliniate principalele caracteristici ale canalului PLC.

Deoarece PLC trebuie sa functioneze intr-o retea cu simetrie limitata, este nevoie de un set puternic de reglementari pentru a asigura compatibiliatea electromagnetica.

In cele din urma, se poate demonstra ca PLC a devenit o tehnologie de interes mondial, si ca reglementarea acesteia este o priorotate pentru organismele internationale. Tinand seama de eforturile care se fac de a integra PLC in reglementarile EMC, este probabila o implemetare in viitor a PLC pe scara larga, la nivel mondial.

Codarea si moduralea pentru un "canal oribil"

Pe scurt

Proiectarea unui sistem capabil sa faca fata unui canal nefavorabil este in mod normal o provocare pentru inginerii din domeniul transmisiilor de date. Comunicatiile de mare viteza prin liniile electricie sunt un exemplu: liniile electrice sunt un mediu potential ieftin pentru transmisia de date, dar caracteristicile lor fac foarte greu de proiectat un modem simplu. In acest articol aratam caracteristicile principale ale canalului luniilor electrice si unele solutii pentru proiectarea modemului.

Introducere si motivatie

Pe vremuri, principala problema in transmisia de date era transmisia eficienta printru-un canal afectat doar de gzomot alb aditiv Gaussian (AWGN). Aceasta problema apartine acum Erei de Aur: de fapt, cererea crescuta pentru servicii de date de mare viteza a obligat la folosirea unor medii de transmisie care nu au fost proiectate initial pentru acest scop, si care acum ridica probleme foarte mari proiectantilor. In trecut,  reteaua clasica de telefonie a suferit acelsi tip de migratie, de la un canal pur de voce la un mediu pentru diferite tansmisii digitale. O astfel de transformare are loc acum pentru liniile electrice, care au fost folosite de ceva vreme pentru aplicatii de monitorizare si comutare, si care sunt reconsiderate acum pentru transmisii de mare viteza.

Liniile electrice sunt un mediu potential ieftin, din moment ce toti utilizatorii sunt deja legati la retea, iar prize sunt disponibile practic in fiecare incapere. Dar ele dirica si mari probleme, intrucat se incearca transmisii de mare viteza printr-un mediu gandit pentru transportul energiei electrice, nu pentru transmisii de date, si deasemenea exista deja solutii wireless competitive.

Exista doua mari aplicatii pentru PLC: ca backbone in interiorul cladirilor pentru o retea locala (LAN), sau integrata intr-o retea larga, ca solutie pentru probema "ultimei mile", pentru operatorii despusi sa ofere acces internet. In acest articol vom prezenta succint ce se cunoaste despre modelarea pentru PLC, si unele solutii potrivite pentru transmisie.

Modelarea canalului

Optimizarea unei scheme de transmisie se poate face numai dupa ce este disponibil un model viabil al canalului. Acum, problema PLC consta in investigarea caracteristicilor mediului de transmisie, si este una serioasa. Modele edecvate nu au fost inca standardizate, deci nu exista un model acceptat pe scara larca, similar modelului COST pentru canalele RADIO. "Rezultatele masuratorilor efectuate nu sunt intotdeauna consistente, iar interpretarile lor sunt uneori contradictorii. Unii au ajuns la concluzia ca modularea PSK poate fi folosita, deoarece distorsiunea fazei este mica pe acest canal, in timp ce altii folosesc FSK deoarece dispersia fazei semnalului receptat este foarte mare".

Canalele PLC prezinta un numar de probleme:

atenuari care depind de timp si de frecventa

dependenta modelului canalului de localizare, topologia retelei si numarul de sarcini conectate.

Interferenta puternica datorata sarcinilor zgomotoase

Zgomote de fond ne-albe, puternice

Cateva tipuri de zgomot de impuls

Probleme de compatibilitate care limiteaza puterea de transmisie.

In urmatoarea subsectiune vom arunca o privire catre caractesiticile canalului PLC, si modelele disponibile.

Raspunsul in frecventa al canalului

Canalul PLC are o topologie arborescenta, cu ramuri farmate din firele aditionale care se desprinde de la linia principala, avand diferite lungimi si sarcini de impedante diferite. Impedanta variaza foarte puternic cu frecventa, si ia valori de la cativa ohmi la cativa kiloohmi.

Atenuarea totala a semnalului pe canal are doua componente: pierderi de cuplare (care depind de tipul transmitatorului sa care pot fi facute oricat de mici) si pierderile datorate conductorului, care sunt foarte mari si pot varia intre 40 si 100 dB/km. acesta atenuare mare face ca la receptor sa se inregistreze un raport semnal/zgomot foarte mic, mai ales daca receptorul are o sursa de zgomot langa el.

Canalul, presupus liniar, prezinta de fapt mici hopuri datorate reflexiei. Semnalale nu se propaga pe o singura cale, ci sufera reflexii datoarate diferentei de impedanta. De aici, canalul PLC trebuie considerat un canal multi-cale, cu atenuare selectiva in functie de frecventa. Mai mult, din moment ce raspunsul canalului se modifica cand este conectat un dispozitiv la reteaua de alimentare, canalul trebuie considerat si variabil in timp.

Probal cel mai raspandit model al functiei de transfer H(f) a canalului PLC este cel propus de Philipps, Zimmermann si Dostert, care arata asa pentru frecvente intre 500 kHz si 20 MHz:

Unde N este numarul cailor relevante de propagare, a0 ai a1 sunt parametri de atenuare, k este un exponent cu valori intre 0.5 si 1, gi este o pondere pentri calea i de propagare, di este lungimea acestei cai, iar tau este intarzierea caii. Cu cat mai multe tranzitii si reflexii au loc de-a lungul unei cai, si cu cat mai lunga este aceasta, cu atat mai mare este atenuarea de-a lungul caii. De aceea, numarul N este mic pentru liniile exterioare.

Ecuatia (1) este in forma parametrica. Parametrii ei trebuie masurati. Deci nu este potrivita calcului a-prioro al functiei de transfer al unui canal dat.

Daca luam in considerare transmisi aprin cabluri interioare, modelul multi-cale este in continuare valid, diferenta consta in faptul ca N este acum mult mai mare: de fapt, lungimea cailor este mult mai mica, deci atenuarea este mult mai mica.

Pentru calanul PLC in interiorul calirilor, alte modele au fost propuse. In particular, Banwell and Galli critica modelul multi-cale de mai sus, deoarece este bazat in mare pe aspecte fonomenologice ale canalului, ducand la o reprezentare incompleta. Ei propun un model bazat pe teoria liniei de transmisie multi-conductor (MTL). Munca lor arata ca PLC este un canal cu trasaturi foarte predictibile. De exemplu, este posibil sa se calculeze a priori si in mod deterninist functia de transfer a oricarei legaturi PLC, si sa se dovedeasca ca acest canal este, indiferent de topologie isotropic (adica functia sa de transfer este aceasi din oricare directie), cu singura conditie ca impedanta de iesire a transmitatorului sa fie egala cu impedanta de intrare a receptorului.