Komunikace po elektrickém vedení – nejslabší článek?
Elektrické vedení je bezpochyby součástí kritické infrastruktury. Energetika se nyní nachází ve své nejdramatičtější vývojové fázi. Bohužel technologický pokrok a politická rozhodnutí mají tendenci vývoj komplikovat.
Po realizaci strategického plánu EU 20-20-20 budeme pravděpodobně čelit paradoxu, že spolehlivé dodávky energie stále nejsou zajištěny. Naštěstí však i prázdná hesla jako „inteligentní síť“ přinášejí do oblasti stability a bezpečnosti dodávek elektrické energie racionální úvahy a rozhodnutí.
Způsob ovládání koncových zařízení, včetně bytových elektroměrů, je zcela jasný… navzdory výhradám převládne technologie PLC. Je to jediná technologie, jejíž spolehlivost se vyrovná spolehlivosti napájení.
Výše uvedené schéma odhaluje strukturu modemu i okolí, které ovlivňují celkovou účinnost přenášených informací. Skutečný komunikační systém je samozřejmě podstatně složitější, nicméně tento zjednodušený model je pro identifikaci klíčových vlivů dostačující.
Výzvy přenosového kanálu
Na základě toho je zřejmé, že přenosová kapacita nezávisí na tom, jak si přejeme, aby vypadala, ale závisí na vlastnostech přenosového kanálu. V případě technologie PLC se tímto kanálem rozumí elektrické vedení.
Rozdělení lze zobecnit na sériově-paralelní struktury s relativně vysokým útlumem (kvůli značné paralelní kapacitě a sériové indukčnosti). Paralelní řazení jednotlivých odběrných míst s velmi dynamickým připojováním a odpojováním přináší silnou a velmi dynamickou změnu impedance.
Prvky ZG (impedance zdroje) a ZL a Z1,2,3 (impedance zátěže) popisují zdrojovou i spotřebičovou část napájecí sítě (impedanční charakteristiky definují, že prvky mají frekvenční závislost).
Bohužel na konci je vždy spotřeba zákazníka. Zákazníci mohou svým chováním ovlivňovat distribuční síť, a tedy i komunikační kanál.
Jak řešit slabý článek v komunikaci?
Komunikační kanál je vždy nejslabším článkem přenosového řetězce. Zdálo by se, že na základě slabin tohoto kanálu (rušení, dynamická změna topologie) by bylo vhodnější tento kanál opustit. Přesný opak je však pravdou.
Důvodem jsou jedinečné vlastnosti PLC, například možnost napájení a okamžitá dostupnost komunikačního kanálu. Stačí akceptovat vlastnosti tohoto kanálu a nepřidávat očekávání týkající se nereálných komunikačních rychlostí.
Jaká jsou omezení současných norem?
Nové standardy „interoperability“ (např. PRIME nebo G3-PLC) ukazují, „jak se nepohnout kupředu“. Používání těchto módních systémů OFDM, (PRIME, G3-PLC), které dosahují vysoké přenosové kapacity na jiných přenosových kanálech v prostředí elektrického vedení, znamená, že zaséváme zárodek vážného problému.
Pokud navíc přidáme neefektivní přenosové protokoly (DLMS) a snížíme kapacitu zpracování, abychom umožnili levné řešení, dosáhneme uspokojivých výsledků pouze na papíře, nikoli v terénu. Nemůžeme zvýšit vyzařovaný výkon kvůli legislativě. Nelze uvažovat ani o zvýšení frekvenčního rozsahu.
To má dva důvody:
- jsme omezeni přidělenou frekvencí a
- charakteristiky kanálu na vyšších frekvencích fyzicky neumožňují větší dosah (ne více než několik stovek metrů).
Je také nutné vzít v úvahu požadavky na výstupním stupni. Výstupní stupeň a způsob modulace musí být navrženy tak, aby výrazné změny impedance neměly vliv na stabilitu tohoto stupně.
Směrem ke spolehlivým a efektivním řešením PLC
Proto musí mít tento stupeň nízkou vnitřní impedanci, což je požadavek, který se u OFDM, který potřebuje lineární výstupní zesilovač, aby se eliminovalo zkreslení a zároveň narušila ortogonalita subnosných, téměř neuplatňuje. Vstupní obvod přijímacího modemu musí být schopen velmi dynamicky měnit své zesílení, aby nebyla zachována úroveň zpracovávaného signálu.
V současné době existují dvě možnosti. První z nich se již používá v realizovaných projektech. Předpokládá výrazné snížení objemu přenášených dat. Tato proprietární řešení nepotřebují přenášet informace o zátěži. Dosahují tak vysoké spolehlivosti při přenosu dat a navíc jsou i cenově konkurenceschopná.
Druhý scénář zohledňuje převažující požadavky na přenos většího množství skutečných informací. V tomto případě je nutné výrazně zvýšit složitost vysílací i přijímací části modemu.
Cesta vpřed pro rozvoj PLC
Pomoci by mohla rostoucí integrace prvků v křemíkových čipových sadách. Umožňuje implementaci turbo kódu (pro obnovu přenášené informace) a efektivní využití přístupu měkkého rozhodování (rozhodování pomocí kódových slov).
Pokud se tyto metody rozšíří spolu s vhodnou formou modulace, najdeme jedinou cestu k pokroku ve vývoji komunikace PLC. Zajistí přenos většího objemu dat a v takovém případě by ani přenos protokolem DLMS nemohl být nenaplněnou utopií.
Závěr: Formování budoucnosti PLC
Jsme přesvědčeni, že pokrok v nejbližší budoucnosti bude pokračovat paralelním procesem. Věříme, že na jedné straně bude existovat veřejný racionální interoperabilní protokol a na druhé straně technologický pokrok v oblasti výkonu jediného komunikačního kanálu – vše zaměřené na zvýšení robustnosti a splnění definované latence – což je klíčový požadavek pro správné fungování inteligentních sítí.