Managementul sistemelor de comunicatii prin curenti purtatori prin retelele de joasa tensiune

1. Managementul sistemelor de comunicatii prin curenti purtatori prin retelele de joasa tensiune Sl.drd.ing Alexandru Ionut Chiuta-Centrul pentru dezvoltarea creativitatii AOSR Studenta Cristina Stancu-UPB-Facultatea de energetica

2. Introducere • In aceasta lucrare se prezenta tehnologia de comunicatii prin curenti puratori pe linie , cunoscuta si sub numele de PLC(Power line Communication).Acesta tehnologie se bazeaza pe retele de joasa tensiune deja existente,si este un mod facil de a implementa o retea locala.

3. Tehnologia PLC • PLC (Power Line Communications), este o tehnologie ce permite transferul de date în bandă largă sau îngustă prin infrastructura de cabluri de electricitate- linii electrice de medie şi joasă tensiune - în scopul furnizării de servicii video, date şi voce, utilizand tehnologii avansate de modulare. • Această tehnologie constă in adăugarea la semnalul electric de joasă frecvenţă a unui nou semnal mai mare in spectru (între 1.6 MHz şi 30 MHz). Datele transmise, sub foma unui semnal de înaltă frecvenţă, în regim broadband ajung la utilizatorii finali sub formă de semnal, prin intermediul surselor de curent electric cu frecvenţe de 50-60 Hz.

4. Tehnologia PLC • PLC-ul este folosit, în mod uzual, pentru transmiterea datelor la frecvenţe joase şi în gama frecvenţelor foarte mici. În acest interval (3 - 300 kHz), este foarte puţin probabil să se producă o interferenţă cu alte benzi de frecvenţe radio. • Acest fel de limitare face ca sistemul PLC să fie mai sensibili la tot felul de perturbări şi face ca distanţa de transmitere a datelor sa fie mai scurta. • Componenta cheie a acestei tehnologii o reprezintă elementul de cuplaj dintre primarul şi secundarul transformatorului. Semnalele asociate transmisiei PLC nu pot trece prin transformator.

5. Metode de cuplaj • Există două metode de cuplare: cuplarea capacitivă în paralel pe reţeaua electrică şi cuplarea inductivă printr-un tor de ferită. În ceea ce priveşte facilităţile interne (interior), cuplajul capacitiv se face în mod implicit in retelele monofazate, problema apare ca la cuplajul inductiv pentru outdoor (in aer liber) mult mai complicat de realizat. • Pentru a realiza cuplajul inductiv racordam echipamentul pe una din faze(sau pe mai multe) printr-un tor de ferita.Semnalul se propaga si in celalalte faze cu ajutorul efectului magnetic.

6. Metode de modulare • Performanţa unui sistem de comunicare este direct legată de nivelul de zgomot la receptor şi de atenuare pe canal. În cazul în care nivelul de zgomot sau de atenuare este prea de mare atunci orice sistem de comunicare va avea probleme. • În scopul de a crea o sistem de comunicare, este util sa avem cât mai multe cunoştinţe posibile ale acestor parametri. Dacă, de exemplu, atenuarea este cunoscută, o combinaţie de codificare, de diversitate şi de alegere a unei metode de modulare poate creşte performanţa sistemului de comunicare.

7. OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing • OFDM este o tehnică de transmisie care se bazează pe emisia simultana de semnale pe n bande cu o frecvenţă (între 2 şi 30 MHz) cu N transportori pe fiecare bandă. Semnalul este răspândit peste transportori. • Semnalul este emis la un nivel suficient de ridicat pentru a creşte puterea, şi este injectat peste câteva frecvenţe dintr-o dată. • Dacă unul dintre parametrii este atenuat semnalul încă mai trece printr-o emisie simultană. • Spectrul de semnal OFDM are un loc optim de alocare a bandei prin ortogonale de sub-transportori.

8. Spread Spectrum: Modulation Spread Spectrum • Principiul de modulare spectru extins (Spread Spectrum) este de a "etala" informaţii cu privire la o bandă de frecvenţă mult mai larg decât banda necesara, pentru a combate semnalele de interferenţa şi distorsiunile legate de răspândire: semnalul se confunda cu zgomot.Semnalul este codificat în primul rând, si i se atribuie un cod pentru fiecare utilizator, pentru a permite decodare la sosire.Extinderea este furnizata de un semnal pseudo-aleator numit cod de extindere.La primire semnalul este perceput ca fiind un zgomot în cazul în care receptorul nu are cod. Modulaţia cu spectru extins este optimizata pentru a lupta împotriva zgomotului, in limita celor mai bune efecte.

9. Masurarea zgomotului • Ca o măsură a nivelului de zgomot se poate face o estimare a puterii spectrale, R(f). Puterea descrie modul în care puterea spectrala a unui semnal este distribuită în domeniul de frecvenţă. • Pentru a estima puterea spectrală a unui semnal, se ia un numar N de mostrele în timp, la un exemplu de rata de probe FS (S) / secundă (e) în timpul N / FS secunde. Prin calcularea discretă a transformatei Fourier pe eşantioane este posibil obţinerea unei estimarii a spectrului de putere.

10. Masurarea atenuarii • Atenuare se măsoara utilizând o funcţie generator, care transmite un semnal “chirp” cu amplitudine constantă la statie. Un semnal “chirp” este un semnal care începe la o anumită frecvenţă în continuă creştere (sau scădere) de frecvenţa până când ajunge la sfârşitul frecvenţei. Când semnal “chirp” ajunge la receptor a fost afectat de catre canal şi a fost atenuat. Pentru ca atenuarile pot varia în frecventa, diferite părţi ale semnalului “chirp” sunt atenuate diferit de semnalul primit.

11. Managementul unei retele PLC • In cadrul implementarii practice (pe teren) a tehnologiei PLC trebuie sa fie urmate anumite etape. Fiecare etapa necesita efectuarea anumitor activitati pentru a fi dusa la bun sfarsit. • Pentru a se implementa la scara larga tehnologia PLC cu o mai mare usurinta, trebuie aplicate doua metodologii: • Impartirea zonei de implementare in zone mai mici numite ”celule PLC”. • Lucrand in cadrul fiecarei celule in paralel printr-un proces cascada.

12. Implementarea celuelor PLC Implementarea celulelor PLC este formata din 5 mari etape, unele dintre ele similare cu implementarea oricarei alte retele de acces: 1. Campania de masuratori • Pentru a verifica cum se comporta reteaua electrica si a verifica topologia electrica si instalatiile. 2.Planificarea • Planificarea frecventei si plasarea echipamentului. 3.Logistica • Programul instalarii si adunarea de date pentru NOC. 4.Instalarea • Punerea in functiune a echipamentului PLC 5.Suport • Aparitia cazurilor dificile.

13. Arhitectura CPL • Reteaua CPL permite stabilirea si construirea de retele locale LAN sau de a partaja accesul la internet de mare viteza de-a lungul unei cladiri prin utilizarea prizelor de energie electrica.Un avantaj important este acela ca nu se mai folosesc cablaje suplimentare.

14. Reteaua de tip Exterior(Outdoor)

15. Reteaua de tip interior(indoor) • Reteaua de tip indoor este compusa in general din interiorul unei cladiri (fie aceasta locuinta sau birou) care este racordata la reteaua electrica si care are deja acces la o retea de internet de mare viteza. • Pentru a putea aplica o solutie de tip PLC este necesar sa avemla dispozitie un computer cu placa de reta sau cu port USB .I acest fel se poate extinde reteaua de internet de mare viteza la toate prizele electrice din cladire,pornind de la un calculator cu acces la internet.

16. Avantaje PLC • Permite accesul comunicaţiilor în zonele rurale îndepărtate şi clădiri rezidenţiale; • Pot fi implementate proiecte pe scară largă şi atractive din punct de vedere economic; • Generează noi surse de venituri companiilor; • Amortizarea investiţiilor iniţiale se face într-un timp relativ scurt; • Reprezintă o soluţie eficientă şi economică pentru utilizatorul final; • Foloseşte liniile existente de alimentare cu energie electrică, nefiind necesară instalarea de cabluri suplimentare; • Diagnosticarea căderilor poate fi realizata în regim automat, cu durată mult redusă; • Numărul de conexiuni la nivelul panourilor se reduce cu până la 80%; • Modificările în secvenţa de operare a unui sistem cu PLC pot fi realizate în mod programabil, prin intermediul unei console sau prin utilizarea unor softuri rulabile pe un PC, fără a fi necesare modificări de conectare; • Fiabilitate cu mult mai mare decât cea a sistemelor bazate pe relee electromagnetice (sau de alte tipuri); • Oferă distribuţie punct-multipunct pentru mai mulţi utilizatori folosind un singur Modem Master; • Permite rate rapide de acces într-o banda înaltă de frecvenţe; • Extinde gama de servicii oferite clienţilor existenţi şi creează oportunităţi pentru unele noi.

17. Dezavantaje PLC • Cablurile care alcătuiesc reţeaua electrică de joasă tensiune au fost dimensionate exlusiv pentru distribuţia energiei electrice şi au pierderi de puterereduse la frecvenţele de 50 Hz şi 60 Hz. • cablurile de energieelectrică devin radiante, ceea ce înseamnă că o parte din puterea semnalului deînaltă frecvenţă se emite sub forma unei radiaţii electromagnetice. • Prin urmare,cablurile de energie pot fi considerate antene liniare cu o eficienţă scăzută. • De exmplu în Australia se implementează PLC-ul în metropole, dar în afara lor este strict interzisă folosirea acestor echipamente, deoarece în sălbăticie comunicaţiile în general se fac prin unde radio.