Power Line kommunikáció – a leggyengébb láncszem?

Kétségtelen, hogy a távvezetékek a kritikus infrastruktúra részét képezik. A villamosenergia-technika most van a legdrámaibb fejlődési szakaszában. Sajnos a technológiai fejlődés és a politikai döntések általában megnehezítik a fejlődést.

A 20-20-20-as uniós stratégiai terv megvalósulása után valószínűleg azzal a paradoxonnal kell szembenéznünk, hogy a megbízható energiaellátás még mindig nem biztosított. Szerencsére azonban még az olyan üres szlogenek, mint az „intelligens hálózat” is racionális megfontolásokat és döntéseket hoznak az energiaellátás stabilitásának és biztonságának területén.

A végberendezések, köztük a lakossági e-méterek vezérlésének módja nagyon egyértelmű… a fenntartások ellenére a PLC technológia fog érvényesülni. Ez az egyetlen olyan technológia, amelynek megbízhatósága megegyezik az áramellátáséval.

A kommunikációs rendszerek Shannon-sémái
A kommunikációs rendszerek Shannon-sémái

A fenti séma feltárja mind a modem, mind a környezet szerkezetét, amely befolyásolja az átvitt információ teljes hatékonyságát. Egy valós kommunikációs rendszer nyilvánvalóan lényegesen bonyolultabb, azonban ez az egyszerűsített modell elegendő a legfontosabb hatások azonosításához.

Az átviteli csatorna kihívásai

Ez alapján egyértelmű, hogy az átviteli kapacitás nem attól függ, hogy hogyan szeretnénk, hanem az átviteli csatorna jellemzőitől. A PLC technológia esetében ez a csatorna a távvezetékeket jelenti.

Az eloszlás általánosítható a soros-párhuzamos struktúrákra, viszonylag nagy csillapítással (a jelentős párhuzamos kapacitás és a soros induktivitás miatt). Az egyes fogyasztási helyek párhuzamos rendezése nagy dinamikájú csatlakoztatással és szétkapcsolással az impedancia erős és nagyon dinamikus változását eredményezi.

Idealizált elosztóhálózat.
Idealizált elosztóhálózat. Az L1,2,3 és S1,2,3 elemek vonal jellegűek, és pótlólagos kapcsolási rajzokkal írhatók le – lásd a képet.

A ZG (forrásimpedancia), valamint a ZL és Z1,2,3 (terhelő impedancia) elemek a hálózat forrás- és készülékrészét írják le (az impedanciajellemzők azt határozzák meg, hogy az elemek frekvenciafüggőek).

Sajnos a végén mindig ott van az ügyfél fogyasztása. Az ügyfelek viselkedésükkel befolyásolhatják az elosztóhálózatot és ezáltal a kommunikációs csatornát.

Egyenértékű kapcsolási áramkör
A tartalék kapcsolási jellemzők rávilágítanak a távvezetékek frekvenciafüggő valós értékére. Ez a keresztirányú admittancia kapacitása magasabb frekvencián nagy zajcsillapításhoz vezet. (Ez az egyik oka annak, hogy a BPL-kommunikáció korlátozott hatótávolsággal rendelkezik).

Hogyan kezeljük a kommunikáció gyenge láncszemét?

A kommunikációs csatorna mindig a leggyengébb láncszem az átviteli láncban. Úgy tűnik, hogy e csatorna gyengeségei (zavarok, dinamikus topológiaváltozás) alapján kényelmesebb lenne elhagyni ezt a csatornát. Ennek azonban éppen az ellenkezője igaz.

Ennek oka a PLC egyedi jellemzőiben keresendő, mint például a tápellátás és a kommunikációs csatorna azonnali rendelkezésre állása. Elég, ha elfogadjuk e csatorna jellemzőit, és nem támasztunk irreális kommunikációs sebességgel kapcsolatos elvárásokat.

Mik a jelenlegi szabványok korlátai?

Az új „interoperabilitási” szabványok (pl. PRIME vagy G3-PLC) azt mutatják, hogy „hogyan ne haladjunk előre”. Ezeknek a divatos OFDM-rendszereknek a használata (PRIME, G3-PLC), amelyek más átviteli csatornákon nagy átviteli kapacitást érnek el a távvezetéki környezetben, azt jelenti, hogy egy komoly probléma magját vetjük el.

Továbbá, ha hatástalan átviteli protokollokat (DLMS) adunk hozzá, és csökkentjük a feldolgozási kapacitást, hogy lehetővé tegyük az alacsony költségű megoldást, akkor csak papíron fogunk kielégítő eredményeket elérni, a gyakorlatban nem. A kibocsátott teljesítményt a jogszabályok miatt nem tudjuk növelni. A frekvenciatartomány növelése sem jöhet szóba.

Ennek két oka van:

  1. (i) a hozzárendelt frekvencia korlátoz minket, és
  2. (ii) a magasabb frekvenciákon a csatorna jellemzői fizikailag nem teszik lehetővé a nagyobb hatótávolságot (néhány száz méternél nem több).

Figyelembe kell venni a kimeneti szakaszban felmerülő kéréseket is. A kimeneti fokozatot és a moduláció módját úgy kell megtervezni, hogy az impedancia jelentős változásai ne befolyásolják e fokozat stabilitását.

Megbízható és hatékony PLC-megoldások felé

Ezért ennek a fokozatnak alacsony belső impedanciával kell rendelkeznie, ami az OFDM-nél alig alkalmazott követelmény, amely lineáris kimeneti erősítőt igényel a torzítás kiküszöbölése érdekében, és ugyanakkor az alhordozók ortogonalitásának megzavarása. A fogadó modem bemeneti áramkörének képesnek kell lennie arra, hogy erősítését nagyon dinamikusan változtassa, hogy ne tartsa fenn a feldolgozott jel szintjét.

Manapság két lehetőség van. Az elsőt már használják a megvalósult projekteknél. Ez az átvitt adatmennyiség jelentős csökkentését feltételezi. Ezeknek a saját fejlesztésű megoldásoknak nincs szükségük a ballasztinformációk továbbítására. Így nagy megbízhatóságot érnek el az adatátvitel során, ráadásul versenyképes áron.

A második forgatókönyv figyelembe veszi a nagyobb mennyiségű valós információ továbbítására irányuló, uralkodó igényeket. Ebben az esetben jelentősen meg kell növelni mind az adó, mind a vevő modemrészek összetettségét.

A PLC-fejlesztés további útja

A szilícium chipkészletek növekvő elemintegrációja segíthet ebben. Lehetővé teszi a turbókódok megvalósítását (az átvitt információ megújítása érdekében) és a lágy döntési megközelítés (kódszavak szerinti döntés) hatékony használatát.

Ha ezeket a módszereket a moduláció megfelelő formájával együtt továbbfejlesztjük, akkor a PLC-kommunikáció fejlődésének egyetlen útját találjuk. Ez biztosítja a nagyobb adatmennyiség átvitelét, és ilyen esetben még a DLMS protokoll átvitele sem lehet beteljesületlen utópia.

Következtetés: A PLC jövőjének alakítása

Meggyőződésünk, hogy a közeljövőben a fejlődés párhuzamos folyamattal fog folytatódni. Egyrészt úgy gondoljuk, hogy lesz egy nyilvános, racionális, interoperábilis protokoll, másrészt pedig technológiai fejlődés az egységes kommunikációs csatorna teljesítménye terén – mindez a fokozott robusztusság és a meghatározott késleltetési időnek való megfelelés irányába – ami az intelligens hálózat megfelelő működésének kulcsfontosságú követelménye.

Szeretné kipróbálni a Power Line kommunikációs modemeket?