До 200 Мбит/с через розетку (передача информации по сетевым проводам)

До 200 Мбит/с через розетку
(передача информации по сетевым проводам)
     При построении системы "Умный дом" важно обеспечить связь между отдельными элементами такой системы, а также между самой системой и удаленным пользователем. Для этого используются разные способы. Один из них - использование уже имеющейся в доме стандартной электропроводки.

     PowerLine Communications (PLC) - проводная технология, позволяющая использовать существующие сети переменного электрического тока в качестве среды для информационного обмена. Полезный сигнал для передачи цифровой информации представляет собой высокочастотную наводку на основном сигнале - несущей 50 Гц. Эта технология решает насущные проблемы, связанные с учетом потребления электроэнергии, управлением системой энергоснабжения, средствами телекоммуникаций, системами жизнеобеспечения зданий (лифты, вентиляция, сигнализации) и средствами домашней автоматики. В настоящее время на рынке представлено оборудование PLC для передачи данных, как по обычной бытовой электросети, так и по электрическим сетям среднего диапазона напряжений (от 1 до 60 кВ) и высоковольтным ЛЭП (свыше 60 кВ).
     С появлением новых версий технологий передачи информации связывается процесс переосмысления концепции домашней системы безопасности, включающей широкий спектр датчиков (пожарных, движения, разбития стекла и др.), подсистем мониторинга (в том числе камер слежения), средств пожаротушения и управления доступом к объектам. По ряду предварительных оценок, технические параметры таких решений охранных систем (в первую очередь, по критериям надежности и защищенности канала передачи) сравнимы или даже лучше, чем существующие беспроводные. Широкая распространенность электрических сетей, отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ, связанных с созданием траншей и колодцев, пробивкой стен и прокладкой кабелей, а также возможность формирования симметричных каналов связи стимулируют повышенный интерес к электрическим сетям как среде передачи данных.
     Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность были наиболее узким местом данной технологии. Прогресс не стоит на месте, опробованные вначале в системах радиопередачи данных более сложные способы модуляции сигнала дали возможность качественно поднять пропускную способность и помехозащищенность. OFDM модуляция (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) позволила значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC и обеспечивать работу на расстоянии до нескольких сотен метров в пределах одной трансформаторной подстанции. Выбранный диапазон частот для передачи по проводам электрической проводки (от 3 до 30 MГц) расщепляется на множество отдельных составляющих потоков с более низкой скоростью (реально используются 84 поднесущие частоты), причем каждый из них передается на отдельной частоте с автоматической канальной адаптацией и прямой коррекцией ошибок. На выходе из этих составляющих формируется суммарный результирующий сигнал.
     Устройство PLC осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявления проблемного участка спектра, на котором превышен порог затухания. При его обнаружении использование соответствующих частот прекращается до восстановления нормального значения затухания. Интеллектуально выбираются каналы с более сильным сигналом. Доступные для устройств частoты могут быть исключены из списка задействованных не только в связи с их непригодностью из-за особенности среды передачи, но и в силу действующих на территории той или иной страны частотных ограничений.<>      Современные средства информационного обмена по электросетям позволяют предоставлять услуги:

высокоскоростной доступ в Интернет;

высокоскоростная телефонная связь, расширение и продление телефонных линий;

высококачественная трансляция телевизионных каналов.

     PLC-технологии привлекательны для энергетических компаний, открывают им путь на новые рынки, позволяют предлагать клиентам такие востребованные услуги, как Интернет, телефонию, тем более, что они уже имеют большое количество пользователей, развитую инфраструктуру для построения систем поддержки клиентов и ремонтные службы.
     На отечественном рынке уже представлен многотарифный счетчик "Меркурий 231 АТ" [1] для коммерческого учета активной электроэнергии в трех- или четырехпроводной сети переменного тока со встроенным интерфейсом PLC.
     Совсем недавно максимальная скорость передачи данных PLC-модема составляла 45 Мбит/с. Новый модем Sumitomo Electric Industries, Ltd. [2] обеспечивает высокоскоростной обмен до 200 Мбит/с. Этот продукт ориентирован, наряду с офисным, на домашнее применение. Информация передается в полосе частот 3…30 МГц. В настоящее время PLC-модемы не могут использоваться в самой Японии, частота для коммуникаций через сеть питания согласно законам ограничена 10-450 кГц, то есть модем может вносить помехи в работу радиостанций, вещающих на высоких частотах и ряда устройств беспроводной связи, но ожидается, что закон будет пересмотрен. Аналогичный продукт компании PIRELLI BROADBAND SOLUTIONS показан на рис. 1 и рис. 2. Он предназначен для установки Интернет соединения между двумя или группой сетевых устройств.

Рис. 1

  Рис. 2

     Об уровнях передающих сигналов косвенно можно судить по технической характеристике индикатора поля электрической сети "Ратибор" [3], позволяющего выявить работу в помещении устройств постоянного действия, использующих для питания и передачи информации сеть 220 В, имеющий уровень входных сигналов 0,1…15 В в диапазоне частот индицируемых сигналов 5 кГц…30 МГц.
     Эксперименты по передаче энергии по одному проводу или разорванной однопроводной линии [4] возможно приведут к новым разработкам, о чем говорит закрытость доступа к их принципиальным схемам.
     В России об активности работ по передаче информации по электрической сети переменного тока можно судить по описаниям изобретений к патентам RU №2246136, №2247475, №2248506 и №2288507. Два последние опубликованы в бюллетене №33 27.11.2006, а все полные описания доступны в Интернете. Здесь, в частности, предлагается определять моменты перехода основной гармоники сетевого напряжения через ноль (структурная схема содержит компаратор) и в эти моменты формировать синхронизирующие импульсы для передачи информации. Хотя микроконтроллер (МК) АТ89С2051 содержит встроенный компаратор, в [5] автором применено определение момента перехода сетевого напряжения через уровень лог. "0" для стандартного входа МК на двух резисторах и светодиоде. Момент перехода напряжения через уровень лог. "0" служит опорным сигналом для запуска подпрограммы пропуска полуволны сетевого напряжения, что необходимо для уменьшения частоты вращения электродвигателя. Существуют отечественные разработки по передаче подобным способом побитной служебной информации на большие расстояния по линиям электропередач.
     ОАО "АНГСТРЕМ" (Зеленоград) представило новинку - микросхему КР1445ХК1 приемопередатчика (ПП) по сети переменного тока 110…380 В [6]. Скорость передачи может принимать одно из четырех возможных значений: 124; 248; 496; 992 бит/с, задается во время программирования приемопередатчика. В сетевом ПП используется помехозащищенное кодирование цифровой информации для исправления одиночных и обнаружения двойных ошибок, которые могут возникать из-за помех в сети. Назначение - система сбора информации, локальные сети передачи данных, централизованный контроль и управление электрооборудованием, охрана и сигнализация. Микросхема имеет стандартный 22-выводной DIP-корпус 2108.22. Напряжение питания 3…5,5 В. Чувствительность приемника по входу 15 мВ.
     Передача информации осуществляется с помощью частотной манипуляции сигнала - лог. "1" и лог."0" передаются разными частотами, незначительно отличающимися от центральной в большую и меньшую сторону (центральная частота может быть 66,66; 100 или 133,33 кГц). Сигнал передается в линию через развязывающий трансформатор. Простейшая схема включения приведена на рис. 3. Буферный каскад предназначен для согласования высокого выходного сопротивления микросхемы с низким входным сопротивлением линии и для фильтрации переменного напряжения 50 Гц при приеме. Приемник постоянно анализирует данные, приходящие на вход. Если приходит код слова синхронизации, а за ним код адреса, который совпадает с собственным адресом (или с общим адресом = 10111001), то следующие за ними 2 байта информации считаются предназначенными данному ПП.

  Рис. 3

      Источники информации
      1.http://www.rit35.com.ua/m231at.php.
      2.http://www.sei.co.jp/products e/info/index.html#12.
      3.http://stb-ratibor.kiev.ua/elect.htm.
      4.http://kosinov.314159.ru/kosinov31.htm.
      5.Мельник В. 3-х фазный двигатель в однофазной сети//Радиомир. - 2004. - №10. - С.19.
      6.http://www.gaw.ru/doc/angstrem/kr1446xk1.pdf.