Широкополосный доступ по линиям электропередачи
Широкополосная связь по линиям электропередачи ( BPL ) — это метод связи по линиям электропередачи (PLC), который обеспечивает относительно высокоскоростную передачу цифровых данных по проводке распределения электроэнергии общего пользования . BPL использует более высокие частоты, более широкий диапазон частот и другие технологии по сравнению с другими формами связи по линиям электропередачи для обеспечения высокоскоростной связи на больших расстояниях. BPL использует частоты, являющиеся частью радиоспектра, выделенного для служб беспроводной связи; поэтому предотвращение помех этим службам и исходящих от них является очень важным фактором при разработке систем BPL.
Существует две основные категории BPL: внутренние и доступные. Внутренний BPL — это широкополосный доступ внутри здания или сооружения с использованием электрических линий сооружения для обеспечения сетевой инфраструктуры. Access BPL — это использование линий электропередачи для доставки широкополосной связи в дом. Access BPL считается жизнеспособной альтернативой кабельному или DSL, обеспечивающей конечным пользователям «последнюю милю» широкополосной связи. [ 1 ]
История
[ редактировать ]BPL основан на технологии PLC, разработанной еще в 1914 году американской телекоммуникационной компанией AT&T. [ 2 ] В 1990-х годах BPL появился как средство использования повсеместного распространения электросетей для обеспечения высокоскоростной широкополосной связи. Цель заключалась в том, чтобы расширить доступ к Интернету в тех регионах, где традиционные решения проводной широкополосной связи, такие как DSL или кабельное телевидение, были недоступны или экономически нежизнеспособны.
Чтобы достичь более высокой пропускной способности, BPL работает на более высоких частотах, чем традиционная связь по линиям электропередачи, обычно в диапазоне от 2 до 80 МГц. [ 3 ] Методами модуляции BPL являются мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM) или мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), которые превосходят методы модуляции с расширенным спектром или узкополосной связью по спектральной эффективности, устойчивости к искажениям канала и способности адаптироваться к изменениям канала. [ 4 ] Электрические компании уже много лет объединяют радиочастоты в одну линию с электрическим током, чтобы контролировать работу своих собственных электросетей. Были попытки реализовать доступ BPL или предоставление интернет-услуг клиентам через сеть. В 2004 году прогнозировалось, что перспектива BPL, возможно, побудит операторов DSL и кабельного телевидения обслуживать сельские общины. [ 5 ]
В последнее время декарбонизация привела к значительному увеличению количества генерирующих станций, устройств хранения и потребителей с более низкими уровнями напряжения, вызывая проблемы с мощностью в распределительных сетях. [ 6 ] Традиционное централизованное управление становится невозможным для нижних уровней из-за огромного количества подразделений. [ 7 ] Энергетические компании, такие как E.ON, начинают использовать BPL в качестве ключевой коммуникационной технологии, обеспечивающей высокоскоростное децентрализованное управление сетью в режиме реального времени. [ 8 ]
Как работает БПЛ
[ редактировать ]Broadband Over Power Lines (BPL) работает как специализированные модемы для преобразования данных в сигналы и передачи по линиям электропередачи. Этот процесс обеспечивает стабильное широкополосное соединение посредством демодуляции, распределения данных и подавления помех. [ 3 ]
- Модуляция : технология BPL использует специальные модемы для преобразования цифровых данных в сигналы, подходящие для передачи по линии электропередачи. Используются различные методы модуляции, такие как мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM) или мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Эти методы позволяют комбинировать сигналы данных с сигналами мощности в электрических линиях.
- Ввод : после модуляции цифровых данных модемы BPL вводят сигналы в линии электропередачи на подстанциях или в распределительных точках. Эти сигналы данных объединяются с уже существующими сигналами питания переменного тока (AC), используя существующую инфраструктуру без необходимости использования дополнительных кабелей.
- Распространение сигнала : введенные сигналы BPL распространяются по линиям электропередачи, используя их в качестве среды передачи. Эти сигналы перемещаются по электрической проводке, достигая пунктов назначения, таких как дома или предприятия. Линии электропередачи действуют как каналы передачи сигналов BPL к намеченным получателям.
- Прием : на стороне потребителя модемы BPL принимают сигналы от линий электропередачи. Эти модемы обычно подключаются к маршрутизаторам или сетевым устройствам, что позволяет распределять подключение к Интернету между несколькими устройствами в помещении. Модемы BPL служат интерфейсом между линиями электропередачи и локальной сетью (LAN).
- Демодуляция : модемы BPL демодулируют полученные сигналы, отделяя пакеты данных от сигналов мощности. Этот процесс включает в себя извлечение исходных цифровых данных из модулированных сигналов несущей. Демодуляция позволяет восстановить переданную информацию для дальнейшей обработки.
- Распределение данных : после демодуляции пакеты данных пересылаются на подключенные маршрутизаторы или сетевые устройства. Эти устройства обеспечивают распределение интернет-соединения на различные устройства в помещении, такие как компьютеры, смартфоны или устройства умного дома. Маршрутизатор или сетевые устройства действуют как шлюзы для передачи и приема данных.
- Ретрансляторы и усилители . В более крупных системах BPL ретрансляторы или усилители могут быть установлены вдоль линий электропередачи для повышения мощности сигнала и расширения зоны покрытия. Эти устройства гарантируют, что сигналы BPL сохраняют достаточное качество и достигают отдаленных мест. Ретрансляторы принимают и регенерируют сигналы BPL, обеспечивая их распространение на большие расстояния без значительного ухудшения качества.
- Уменьшение помех : системы BPL должны включать меры по управлению помехами для последовательной передачи данных. Для устранения радиочастотных помех (RFI), связанных с сигналами BPL, используются специальные методы фильтрации. Целью этих фильтров является ограничение влияния BPL на соседнюю радиосвязь. Соблюдение установленных правил и отраслевых норм обеспечивает надлежащие меры по снижению помех.
- Качество и надежность . На производительность системы BPL влияет несколько элементов. К ним относятся состояние электропроводки, близость к оборудованию BPL и потенциальные помехи сигнала. Поддержание высокого качества проводки и подходящего соотношения сигнал/шум имеет решающее значение для эффективного функционирования BPL.
Ключевые характеристики BPL
[ редактировать ]- Использование существующей инфраструктуры . Одной из ключевых характеристик BPL является ее способность использовать существующие линии электропередачи. Это позволяет избежать необходимости значительного строительства или прокладки дополнительных кабелей, что делает его экономичным вариантом расширения покрытия широкополосной связи.
- Высокоскоростная передача данных : технология BPL обеспечивает высокоскоростную передачу данных по существующим линиям электропередачи, обеспечивая скорость, сопоставимую с традиционными проводными широкополосными технологиями, такими как DSL или кабель. Это позволяет эффективно передавать большие объемы данных, поддерживая приложения, интенсивно использующие полосу пропускания.
- Широкий охват . Существующая электросеть покрывает обширную территорию, что позволяет BPL охватить дома, предприятия и другие места, которые могут быть трудно подключить с помощью других технологий проводной широкополосной связи.
- Гибкость и масштабируемость : BPL обеспечивает гибкость и масштабируемость с точки зрения расширения покрытия сети. Дополнительные модемы можно добавить в распределительных точках или подстанциях, чтобы расширить зону действия сети BPL. Эта адаптивность позволяет постепенно расширяться по мере увеличения спроса или появления новых областей, требующих подключения.
- Потенциал для интеграции интеллектуальных сетей : BPL может облегчить интеграцию приложений интеллектуальных сетей, обеспечивая двустороннюю связь между энергокомпаниями и потребителями. Оно обеспечивает управление энергоэффективностью, мониторинг в реальном времени и внедрение систем реагирования на спрос, что приводит к повышению устойчивости энергосистемы и энергосбережению.
- Сосуществование с силовыми сигналами : BPL работает вместе с силовыми сигналами на тех же линиях электропередачи. Он использует методы модуляции, чтобы гарантировать, что сигналы данных не мешают нормальному функционированию энергосистемы. Такое сосуществование сводит к минимуму потребность в выделенной инфраструктуре и упрощает внедрение.
Проблемы реализации
[ редактировать ]Линии электропередачи не были предназначены для передачи данных, они были созданы для подачи переменного тока частотой от 50 до 60 Гц. Если широкополосные данные передаются на разных частотах, то данные и электричество могут передаваться по одному и тому же проводу, однако необходимо преодолеть несколько препятствий, чтобы обеспечить высокоскоростную передачу данных на большие расстояния по существующим линиям электропередачи. [ нужна ссылка ]
Развертывание BPL продемонстрировало ряд фундаментальных проблем, основная из которых заключается в том, что линии электропередачи по своей сути являются очень шумной средой. Каждый раз, когда устройство включается или выключается, в строке появляется хлопок или щелчок. Импульсные источники питания часто вносят шумовые гармоники в линию . И в отличие от коаксиального кабеля или витой пары , проводка не имеет собственного подавления помех.
Второй важной проблемой является электромагнитная совместимость (ЭМС). Ожидалось, что система будет использовать частоты от 10 до 30 МГц в высокочастотном (ВЧ) диапазоне, который десятилетиями использовался военными, авиационными, любительскими радиовещательными и коротковолновыми радиовещательными компаниями. Линии электропередач не экранированы и будут действовать как антенны для передаваемых ими сигналов, а также создавать помехи для высокочастотной радиосвязи и радиовещания. В 2007 году Организация исследований и технологий НАТО опубликовала отчет, в котором пришел к выводу, что широкое развертывание BPL может оказать «возможное пагубное воздействие на военную ВЧ-радиосвязь». [ 9 ]
Развертывания
[ редактировать ]Во всем мире было предпринято множество попыток внедрить доступ BPL, и все они указывали на то, что BPL нежизнеспособен в качестве средства предоставления широкополосного доступа в Интернет. Это связано с двумя проблемами: ограниченным охватом и низкой пропускной способностью, которая не может сравниться с ADSL, Wi-Fi и даже мобильным 3G. Крупнейшие мировые провайдеры либо ограничили развертывание BPL оборудованием с низкой пропускной способностью, подключенным через интеллектуальные сети, либо вообще прекратили операции BPL.
В Австралии в период с 2004 по 2007 год проходили испытания доступа к BPL; но, судя по всему, никаких развертываний BPL с активным доступом там не осталось. [ 10 ]
В Великобритании BBC опубликовала результаты тестов по обнаружению помех от установок BPL. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
В США в октябре 2004 года Федеральная комиссия по связи США приняла правила, облегчающие внедрение «Access BPL» — маркетингового термина для услуг доступа в Интернет по линиям электропередачи.
Технические правила более либеральны, чем те, которые выдвинуты национальной организацией любительского радио США , Американской лигой радиорелейной связи (ARRL) и другими пользователями спектра, но включают положения, которые требуют от поставщиков BPL расследовать и устранять любые создаваемые ими помехи.
анонсировала одну услугу для Огайо , Кентукки и Индианы. В 2004 году компания Current Communications [ 14 ] но они покинули бизнес BPL в 2008 году. [ 15 ] [ 16 ]
3 августа 2006 года Федеральная комиссия по связи приняла меморандум и приказ о широкополосной связи по линиям электропередачи, давая добро на продвижение услуг широкополосной связи для всех американцев. [ 17 ] Приказ отклонил призывы авиационного, делового, коммерческого, любительского радио и других пользователей спектра ограничить или запретить развертывание до завершения дальнейшего изучения. Глава FCC Кевин Мартин заявил, что BPL «имеет большие перспективы в качестве повсеместного широкополосного решения, которое предложит жизнеспособную альтернативу кабельным, цифровым абонентским линиям, оптоволоконным и беспроводным широкополосным решениям». [ 18 ] [ 19 ]
В США компания International Broadband Electric Communications (IBEC), у которой был амбициозный план по обеспечению доступа BPL в США, прекратила операции BPL в январе 2012 года. [ 20 ] [ 21 ]
19 января 2018 года E.ON, немецкая многонациональная электроэнергетическая компания, обслуживает ок. 48 миллионов клиентов в разных странах [*] решили интегрировать BPL в свою коммуникационную стратегию, особенно для инфраструктуры интеллектуального учета в низковольтном сегменте своей сети. E.ON выбрала Corinex в качестве поставщика решений на первые два года внедрения. Первоначальное развертывание включало несколько десятков тысяч ретрансляторов и головных станций, обеспечивающих безопасную связь для пары сотен тысяч домохозяйств. Для управления сетью была выбрана система управления энергопотреблением Corinex GridValue на базе платформы IBM Tivoli. [ 22 ]
Стандарты
[ редактировать ]Для технологии BPL разрабатывается несколько стандартов, включая стандарты IEEE, HomePlug Powerline Alliance (несуществующий), PRIME Alliance и Nessum Alliance .
IEEE, связанный с технологией BPL
[ редактировать ]- IEEE 643-2004 «Руководство по применению линий электропередачи» — это стандарт связи по сети линий электропередачи (выше 69 кВ). [ 23 ]
- IEEE P1675 «Стандарт для оборудования широкополосной связи по линиям электропередачи» — это рабочая группа, занимающаяся установкой оборудования и вопросами безопасности. [ 24 ]
- IEEE P1775 «Оборудование связи по линиям электропередачи — Требования к электромагнитной совместимости (ЭМС) — Методы испытаний и измерений» — это рабочая группа, специализирующаяся на оборудовании ПЛК, требованиях к электромагнитной совместимости, а также методах тестирования и измерений. [ 25 ]
- IEEE P1901-2020 «Стандарт IEEE для широкополосных сетей по линиям электропередачи: контроль доступа к среде и спецификации физического уровня» — это рабочая группа по обеспечению широкополосной связи по линиям электропередачи. Цель состоит в том, чтобы определить характеристики контроля доступа к среде и физического уровня для всех классов устройств BPL - от соединений на большие расстояния до соединений внутри абонентских помещений. [ 26 ]
Сценарии отказов
[ редактировать ]Существует множество причин, по которым в сигнал связи могут быть внесены ошибки. Помехи, перекрестные помехи, некоторые активные и некоторые пассивные устройства вносят в сигнал шум или затухание. Когда ошибка становится значительной, устройства, управляемые ненадежным сигналом, могут выйти из строя, выйти из строя или работать нежелательным образом.
- Помехи. Помехи от соседних систем могут привести к ухудшению качества сигнала, поскольку модем может оказаться не в состоянии определить конкретную частоту среди множества сигналов в одной и той же полосе пропускания.
- Ухудшение сигнала активными устройствами . Такие устройства, как реле, транзисторы и выпрямители, создают шум в своих системах, увеличивая вероятность ухудшения сигнала. Устройства дугового замыкания (AFCI), требуемые некоторыми современными электротехническими нормами для жилых помещений, также могут ослаблять сигналы. [ 27 ]
- Ослабление сигнала пассивными устройствами : Трансформаторы и преобразователи постоянного тока практически полностью ослабляют сигнал входной частоты. «Обходные» устройства становятся необходимыми для передачи сигнала на принимающий узел. Байпасное устройство может состоять из трех ступеней: последовательно включенного фильтра со ступенью защиты и соединителя, подключенного параллельно пассивному устройству.
См. также
[ редактировать ]- Питание по оптоволокну
- ИЭЭЭ 1901 г.
- Несс
- HD-ПЛК
- Широкополосный доступ
- Список развертываний широкополосной связи по линиям электропередачи
- Национальные планы широкополосной связи со всего мира
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Трулл, БР (2006). «Обзор широкополосной связи по линиям электропередачи» (PDF) . Интернет-академический журнал колледжа Ривьер . 2 : 1.
- ^ «Телефония по линиям электропередачи (Ранняя история) — Wiki по истории техники и технологий» . ethw.org . Архивировано из оригинала 3 октября 2019 года . Проверено 20 февраля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б «Широкополосное соединение по линии электропередачи (BPL) | Определение, функции и характеристики» . Широкополосный поиск . Проверено 10 августа 2023 г.
- ^ Молленкопф, Дж. (2004). «Презентация на собрании IEEE в Цинциннати» (PDF) . Проверено 10 августа 2023 г.
- ^ Дени Дюбуа (9 декабря 2004 г.). «Широкополосная связь по линиям электропередачи (BPL) в двух словах» . Блог «Энергетические приоритеты» . Архивировано из оригинала 19 ноября 2014 года . Проверено 6 ноября 2013 г.
- ^ Финкельштейн, Дж. (2020). «Как декарбонизировать глобальные энергосистемы» . МакКинси и компания . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ Мур, П. (2021). «Традиционные сети против интеллектуальных сетей: почему мы совершаем переход» . Мудрая автоматизация . Проверено 11 августа 2023 г.
- ^ Блумберг (2018). «E.ON выбирает широкополосную связь Corinex вместо технологии Powerline для внедрения интеллектуальных счетчиков» . Блумберг .
- ^ «ВЧ-помехи, процедуры и инструменты» (PDF) . Заключительный отчет исследовательской целевой группы Группы по технологиям информационных систем RTO НАТО IST-050/RTG-022 . Организация НАТО по исследованиям и технологиям. Июнь 2007 г. Архивировано из оригинала (PDF) 25 октября 2007 г. . Проверено 6 ноября 2013 г.
- ^ «Что случилось с широкополосной связью по линиям электропередачи? - Журнал E&T» . eandt.theiet.org . 15 октября 2013 года . Проверено 20 февраля 2016 г.
- ^ «Влияние PLT на прием радиовещания» . Архивировано из оригинала 6 августа 2007 года . Проверено 16 декабря 2011 г.
- ^ «ПЛТ и радиовещание» . Архивировано из оригинала 9 марта 2005 года . Проверено 16 декабря 2011 г.
- ^ «Сосуществование PLT и радиослужб» . Архивировано из оригинала 5 августа 2007 года . Проверено 16 декабря 2011 г.
- ^ Грант Гросс (2 марта 2004 г.). «Продавец предлагает широкополосную связь по линиям электропередачи» . Мир ПК . Проверено 22 июля 2011 г.
- ^ Кэти Ференбахер (13 сентября 2011 г.). «Поворот текущего момента: от широкополосной связи к интеллектуальной сети и за рубежом» . ГигаОМ . Проверено 13 июня 2012 г.
- ^ «Группа CURRENT прощается с индустрией BPL» . Новости SmartGrid . 19 февраля 2008 года. Архивировано из оригинала 12 марта 2015 года . Проверено 13 июня 2012 г.
- ^ «FCC принимает меморандум и приказ о широкополосной связи по линиям электропередачи в целях продвижения услуг широкополосной связи для всех американцев» (PDF) . Выпуск новостей . 3 августа 2006 года . Проверено 22 июля 2011 г.
- ^ «Заявление председателя Кевина Дж. Мартина» (PDF) . 3 августа 2006 года . Проверено 22 июля 2011 г.
- ^ Швагер, Андреас; Бергер, Ларс Т. (февраль 2014 г.). «Правила электромагнитной совместимости ПЛК» . В Бергере, Ларс Т.; Швагер, Андреас; Пагани, Паскаль; Шнайдер, Дэниел М. (ред.). Связь по линиям электропередач MIMO: стандарты узкополосной и широкополосной связи, электромагнитная совместимость и расширенная обработка (PDF) . Устройства, схемы и системы. ЦРК Пресс. стр. 169–186. дои : 10.1201/b16540-9 . ISBN 9781466557529 .
- ^ Джоан Энгебретсон (3 января 2012 г.). «Закрытие МБЭС нанесло последний удар по BPL» . Телеконкурент . Проверено 6 ноября 2013 г.
- ^ «Провайдер широкополосной связи округа Нельсон IBEC прекращает обслуживание» . ВВИР-ТВ. 2 января 2012 года . Проверено 6 ноября 2013 г.
- ^ Э.ОН. «Группа E.ON: уникальная компания» . Группа компаний Э.ОН. Проверено 10 августа 2023 г.
- ^ ИИЭР (2005). Руководство IEEE для приложений с линиями электропередачи . doi : 10.1109/IEESTD.2005.96284 . ISBN 978-0-7381-4068-1 .
{{cite book}}:|website=игнорируется ( помогите ) - ^ ИИЭР (2008). «IEEE — Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc. — P1675_D7, май 2008 г.pdf» . ИИЭЭ .
- ^ ИИЭР (2009). «P1775/1.9.7, март 2009 г. — Проект стандарта IEEE для оборудования связи по линиям электропередачи — Требования к электромагнитной совместимости (ЭМС) — Методы испытаний и измерений» . ИИЭЭ .
- ^ ИИЭР (2019). 1901a-2019 - Стандарт IEEE для широкополосных сетей по линиям электропередачи: контроль доступа к среде и спецификации физического уровня - Поправка 1: Улучшения для приложений Интернета вещей . doi : 10.1109/IEESTD.2019.8710016 . ISBN 978-1-5044-5679-1 .
{{cite book}}:|website=игнорируется ( помогите ) - ^ Работа в стадии разработки: Belkin Gigabit Powerline HD доступна по адресу http://www.smallnetbuilder.com/lanwan/lanwan-reviews/30888-a-work-in-progress-belkin-gigabit-powerline-hd-starter-kit- проверено?start=4