PLC – альтернативный способ передачи данных

Что такое PLC-технология и зачем нужно о ней говорить?

PLC (Power line communication) – технология, позволяющая передавать данные с помощью электрической сети. На стандартный переменный ток накладывается аналоговый сигнал с частотой 50 или 60 Гц и обеспечивается передача данных со скоростью 500 Мбит/с (широкополосная передача или BPL), а также с небольшой скоростью до 1 Мбит/с (узкополосная передача или NPL).

Зачем же это нужно? Идея состоит в следующем: в наши дни электрический кабель окружает человека практически в любом доме, офисном здании, и поэтому PLC-адаптер может стать неплохим способом передачи информации, используя для транспортировки данных обычную электросеть, что делает его своеобразной альтернативой Wi-Fi-роутерам и Ethernet-кабелям. Такой метод, безусловно, вызывает интерес и содержит множество нюансов, которые стоит разобрать в данной статье.

Краткая история

На самом деле, идея о передаче сигнала по электрической сети довольно стара и зародилась еще в начале 20-ого века. В то время, когда были распространены телеграфные линии, вместо их постройки казалось наиболее выгодным использование уже созданных линий электропередач. Таким образом, например, США использовали для обмена информацией на тот период линии электропередач постоянного тока, а в скором будущем, с развитием этого направления, и сети переменного тока. В настоящий момент ЛЭП широко применяется в передаче различных данных.

Но вернемся к технологии PLC. В начале 2000 года образовался HomePlug Powerline Alliance с целью изучения и создания испытаний по этому направлению, и помимо этого введение единого стандарта для передачи данных по электросети. В скором времени был разработан стандарт HomePlug1.0, который позволял достигать скорости 14 Мбит/с. Позже, стандарт HomePlug AV изменил эту скорость на 200 Мбит/с. Сейчас стандарт G.hn позволит увеличить скорость до 1 Гбит/с.

Принцип работы

Суть метода PowerLine заключается в том, что высокоскоростной поток данных разбивается на несколько низкоскоростных потоков, а после, каждый из них передается на определенной поднесущей частоте, а затем, все низкоскоростные потоки объединяются в один сигнал.

Далее происходит OFDM – мультиплексирование с ортогональным частотным разделением. Другими словами, центры поднесущих частот размещаются таким образом, что вершина каждого последующего сигнала и нулевого значения предыдущего сигнала совпадают.

Перед тем, как объединиться в один сигнал, разделенные поднесущие частоты подвержены фазовой модуляции – каждая из них своей определенной последовательностью бит.

Следующий этап PowerPacket engine, где все частоты собираются в единый информационный пакет (OFDM-symbol). Технология PowerLine использует 1536 поднесущих частот, при этом выделяет 84 самых оптимальных в диапазоне 2-34 Мгц.

В электросети может возникать большое количество помех, что негативно сказывается на качестве переданной информации. Для того, чтобы избежать различного рода ошибок, PowerLine технология предусматривает динамическое включение и выключение передачи сигнала. Суть проста – происходит периодическая проверка канала с целью поиска такого участка спектра, где превышен максимальный порог затухания. Если такой участок найден, то передача сигналов в этом диапазоне частот временно прекращается до тех пор, пока порог затухания вновь не станет приемлемым.

Случаются ситуации, когда PLC-адаптер может «заглушить» радиоприем в используемом спектре. Однако, такая проблема решается с помощью программных методов определения рабочего диапазона частот и ограничения спектра используемых частот (Signal Mode и Power Mask соответственно). Благодаря этому PLC-устройства приобретают гибкость и не создают помехи.

В другом случае, могут создаваться импульсные помехи для самих PLC-устройств. Их источниками являются, к примеру, бытовая техника, электроприборы. Устройство не успевает проанализировать и адаптироваться ко всем изменениям в сети, длительность которых составляет около микросекунды. Для решения такой задачи используется помехоустойчивое кодирование, а именно код Рида-Соломона и алгоритм Витерби. В исходные отправленные данные внедряются избыточные биты, которые при декодировании, используются для поиска и корректировки ошибок. Благодаря помехоустойчивому кодированию целостность данных значительно возрастает.

PLC на практике

Установка PLC-адаптера довольно проста, все принципы работы изображены ниже. Настройка программного обеспечения не занимает много времени и с ней справится каждый.

Устройство передает информацию на расстояние до 300 м, что является хорошим показателем, но стоит учесть, чем дальше происходит передача сигнала, тем меньшая скорость обмена данными. Вот небольшие исследования. Предположим ситуацию, если в квартире два PLC-адаптера расположены в одной комнате. В таком случае, скорость превышает 100 мбит/с, а если связь устанавливается между соседними комнатами, то скорость едва меньше 100мбит/с. Исследуя дальние комнаты, мы получим скорость 50-60 мбит/с, и даже сможем подключиться в соседней квартире, где скорость 20-30 мбит/с, чего вполне хватит для просмотра видео в интернете.

Глазами простого обывателя, PLC-адаптер выглядит как продолжение Wi-Fi-маршрутизатора, Ethernet-кабеля или кабеля цифрового телевидения, который призван избавить пользователя от лишних проводов и обеспечить высокоскоростной доступ в интернет. Тем не менее, бывают ситуации, когда технология PLC показывает себя не самым эффективным образом.

Первое, что нужно учесть – качество электропроводов в здании. К примеру, если проводка довольно стара или у нее имеются некоторые дефекты, то скорость передачи данных значительно ухудшится. Особенно это было заметно в те времена, когда появился стандарт HomePlug1.0, где заявленная скорость была 14 Мбит/с при идеальных условиях, но на деле оказывалась ничтожно мала, чем успела разочаровать многих пользователей. В дальнейшем, с появлением направления стандарта HomePlug AV ситуация улучшилась.

Второе – если в сеть включены приборы, потребляющие большое количество электроэнергии, то сильно понижается качество связи. Порой обладателю PLC-адаптера придется идти на компромисс – или пользоваться стиральной машиной, каким-нибудь источником света, но оставаться без быстрого интернета и наоборот.

Третьим моментом, на который стоит обратить внимание – передача данных по сети происходит по принципу топологии «шина». Изначальная скорость разделяется равномерно между всеми пользователями, и при большом количестве лиц, пользующихся сетью, наблюдается значительное снижение скорости.

Учитывая все вышесказанное, в других случаях PLC-устройства могут оказаться весьма полезными. В здании, где очень толстые стены, сигнал Wi-Fi сети не способен пробраться в отдаленные участки, но воспользовавшись электросетью, можно получить доступ в интернет. Существуют так же версии адаптеров, способных раздавать на другом конце сеть Wi-Fi, что полезно, например, в офисах и коттеджах. Способ так же призван избавить от большого количества проводов в помещении, что экономит место и деньги.

Подводя итоги: перспективны ли PLC-технологии?

Исследовав это направление, мы можем сделать вывод, что PLC в определенных ситуациях проявляет себя выгоднее других средств связи. Такая технология полезно бы себя реализовывала, к примеру, в поездах дальнего следования, когда люди долгое время находятся без стабильного интернета. В современных вагонах достаточно много точек доступа к электросети и в таком случае, PLC-адаптер мог бы послужить выходом в сеть, что сделало бы поездки более комфортными. К сожалению, пока PLC-устройства не идеальны, и нужно увеличивать скорость передачи данных, их качество, и компаниям, занимающимся этим направлением, еще есть над чем работать. Поэтому, безусловно здесь стоит говорить о дальнейшей перспективе развития в данной области.