1.36 Jednostupňové uspořádání systému BPL
Principiální uspořádání jednostupňového systému BPL
Řídicí BPL modem (modem master), který je pomocí klasických telekomunikačních prostředků napojen na telekomunikační sítě (WAN, MAN, Internet, VoIP), injektuje BPL signál do energetické sítě obvykle na sekundární straně transformátoru vn/nn. Signál BPL se šíří po energetické síti v napěťové úrovni nn až k vazebním zařízením dalších BPL modemů (modem slave), které jsou propojeny s účastnickými terminály (PC, VoIP, resp. síťový server). BPL modemy jsou připojeny přes vazební zařízení k síti přímo, nebo přes opakovač a komunikace mezi nimi je obousměrná.
Z aplikačního hlediska je pro nasazení BPL systémů velmi důležitá konkrétní koncepce distribuční energetické sítě. Z tohoto hlediska jsou mnohdy značně rozdílné přístupy užívané vněkterých amerických státech apřístupy užívané v evropských zemích.
1.37 Vícestupňové uspořádání systému BPL
Z hlediska přístupových telekomunikačních sítí tyto BPL systémy však nejčastěji pokrývají oblast tzv. „poslední míle“, což v praxi představuje část energetické distribuční sítě od transformátoru vn/nn ke koncovým uživatelům Jeden transformátor poskytuje výkon např. až do 630 kVA, což stačí na napájení několika set domácností. Tímto vzniká typická evropská stromová struktura distribuční elektrorozvodné sítě.
V závislosti na aplikaci a konfiguraci distribuční sítě však je i v evropských podmínkách někdy potřebná i vícestupňová sestava BPL systému. V tom případě obvykle dochází ke konverzi vnějšího BPL signálu (Out Door ) v pásmu 1 – 18 MHz na vnitřní BPL signál (In Door) v pásmu 18 – 30 MHz.
Vevropských podmínkách se širokopásmové přenosy vnapěťové úrovni vn nasazují většinou na vn městská kabelová vedení a slouží obvykle k propojení dvou významných objektů ve městech, které se nacházejí na společné vn napájecí síti, a mezi kterými by budování dalšího vedení bylo obtížné či nemožné.
1.38 Příklad uspořádání dvoustupňového systému PDSL
V průběhu vývoje PDSL (BPL) se objevilo několik základních topologických struktur. Obrázek ukazuje jeden z možných příkladů uspořádání širokopásmového přenosu, kde jsou naznačeny možnosti přenosu v síti vn i v síti nn.
Principiální pohled na typickou topologickou strukturu PDSL systémů
Jde jednak o dvoubodové spojení v napěťové úrovni vn (např. spojení dvou malých digitálních pobočkových ústředen nacházejících se vmístech transformačních stanic) prostřednictvím vysokonapěťově dimenzovaných vazebních zařízení a modemů (STVN/TZ). Nebo je pomocí vn vedení propojen objekt s návazností na Internet přes vazební zařízení a modem (FáVN/TZ) se vzdálenou budovou. Mnohem častější je však vytváření struktur bod – multibod. Na sekundární straně transformátoru vn/nn dojde pomocí PDSL modemu (SM PDSL) k propojení telekomunikační centrály (TELC) s energetickou sítí v úrovni nn, ve které se pak BPL signál o frekvenci Fod (Out Door) šíří řádově stovky metrů až ke vstupu stavebního objektu, kde je pomocí objektového PDSL modemu (OM PDSL) převeden na jinou frekvenci Fid (In Door) a pak dále veden až k zásuvkám silového rozvodu v objektech. Zde je pak zpracován účastnickým PDSL modemem (TM PDSL) a poskytnut koncovému zařízení KZ. Kromě tohoto dvoustupňového BPL systému může být použit i jednostupňový BPL systém s telekomunikační centrálou přímo v objektu. Popsané struktury mohou sloužit i pro vytváření speciálních služeb v rámci skupiny budov, jedné budovy nebo dokonce jednoho bytu.
1.39 Modulační metody BPL systémů
Silnoproudá vedení jsou zhlediska elektromagnetické kompatibility velice agresivním přenosovým prostředím. Kromě toho je mechanizmus šíření sdělovacího signálu po silnoproudých vedeních tím složitější a nepřehlednější, čím je signálová frekvence vyšší, a tedy k ní příslušná délka vlny je srovnatelnější s geometrickými délkami dílčích úseků (např. odboček). Dochází zde totiž často ke vzniku paralelních a sériových rezonancí. Dále je pak, kromě nehomogenity dílčích úseků, nutno uvažovat změny přenosových parametrů vyvolaných změnami konfigurace aokamžitými změnami zátěží asamozřejmě relativně vysokou hladinu hluků vytvářenou různorodými zdroji rušení. K tomu je nutné uvažovat i přenosové vlastnosti potřebných vazebních členů.
Modulace nejčastěji používané vPDSL systémech musí být tedy schopny uvedené negativní vlastnosti silnoproudých vedení překonat. Přehled nejužívanějších modulací a zjednodušený průběh jejich spekter ukazuje obrázek. Relativně nejstarší anejjednodušší, ale také nejméně výhodná, je modulace GMSK. Moderní systémy však používají modulaci s rozprostřeným spektrem (Spread Spektrum) nebo častěji modulaci OFDM.
Zjednodušený pohled na průběh spekter modulovaných signálů nejčastěji užívaných v systémech BPL
OFDM patří do skupiny modulací s více nosnými, tzn. že datový tok je rozdělen do mnoha paralelních datových toků a každý z nich je modulován samostatně na vlastní nosnou frekvenci – tvoří tzv. subkanál. Lze předpokládat, že útlum a skupinové zpoždění je v rámci subkanálu konstantní. Každý subkanál se tedy může přizpůsobit odpovídajícím přenosovým vlastnostem. Na úkor zmenšení přenosové rychlosti signálu mohou být vybraná subpásma vyjmuta, za účelem zlepšení elektromagnetické kompatibility.
1.40 Zabezpečení BPL systémů
Z hlediska přenosu BPL signálu nás zajímají dva hlavní parametry – přenosová rychlost a chybovost. Jak již bylo uvedeno, představuje elektrická rozvodná síť, jakožto přenosové médium, velmi obtížné prostředí z hlediska elektromagnetické kompatibility. Navíc se podmínky pro přenos v energetické síti mění každým okamžikem (vlivem provozních manipulací i připojováním různorodých spotřebičů). Proto je třeba pro BPL systémy pečlivě volit nejen modulační metody, ale též způsoby kódování a metody detekce a korekce chyb. Tím se však zvyšuje potřebný počet služebních bitů, čímž vlastně klesá efektivní přenosová rychlost vlastních uživatelských dat.
Obecně se dá říci, že čím větší přenosová rychlost, tím větší náchylnost na chyby, a tím více přenosové kapacity musí být vyhrazeno na detekci a korekci chyb. V případě systémů s menšími přenosovými rychlostmi je poměr mezi užitečnými a redundantními daty asi 1:1. U systémů s přenosovou rychlostí 200 Mbit/s je tento poměr až 1:3 (tedy pouze asi 30 % z přenosové kapacity připadá na užitečná data).
Pro opravu chyb se často používá tzv. dopředná oprava chyb FEC (Forward Error Correction), která minimalizuje pravděpodobnost opětovného vysílání rámců a je relativně efektivní metodou obrany proti impulsnímu rušení. VBPL systémech je však též nutné zajistit zabezpečení přenášených dat i z hlediska jejich snímání nežádoucími objekty, protože kdokoliv se připojí na stejnou fázi v dosažitelné vzdálenosti, by mohl data číst. Proto se obvykle veškerá komunikace šifruje. Dále se pak používá i metoda virtuálních privátních sítí (VLAN) pro oddělení skupin uživatelů.