Ta strona używa cookie.
Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie cookie, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Optymalizacja komunikacji wykorzystującej jako medium sieć energetyczną


18 sierpnia 2011

Kategoria: Elementy elektroniczne


Mimo generalnego trendu, że „wszystko” powinno być „wireless”, są pewne obszary aplikacji, gdzie bardziej naturalnym medium komunikacji jest połączenie kablowe. Są to wszystkie urządzenia, które z natury rzeczy muszą być zasilane z sieci energetycznej. Idea sterowania i kontrolowania urządzeń po sieci energetycznej nie jest nowa, ale jej popularność ograniczały problemy z niezawodnością transmisji.

 

Dopiero niedawne osiągnięcia techniki, spowodowały, że komunikacja PLC (Power Line comunication) stała się ponownie prawdziwą alternatywą w wielu obszarach zarezerwowanych wcześniej dla komunikacji bezprzewodowej lub wykorzystującej dodatkowe przewody jako medium transmisji danych.

 

Najpopularniejsze aplikacje wykorzystujące dziś wąskopasmową komunikację NB-PLC (Narrow Band PLC) to zdalne odczytywanie liczników mediów AMR (Automatic Meter Reading), sterowanie odbiornikami włączanymi do sieci (Smart Gird). Innym szybko rosnącym rynkiem jest sterowanie i kontrolowanie oświetlenia ulicznego. Dodatkowo, ostatnio wąskopasmowa komunikacja PLC znajduje nowe rynki takie jak sterowanie i zarządzanie maszynami wendingowymi, sterowanie i kontrola ładowania samochodów elektrycznych, sterowanie systemami solarnymi, etc.

 

Każda z tych aplikacji ma inne wymagania co do ilości danych do przesłania, niezawodności przesyłana danych, innych odległości na jakie trzeba przesłać dane. Dodatkowo, każda z sieci ma inny poziom zakłóceń i szumów różnego charakteru, inne tłumienie sygnałów różnych częstotliwości etc.. Konstruktorzy projektujący urządzenia z komunikacją PLC, zawsze stają przed problemem optymalizacji modułu komunikacji pod względem szybkości transmisji, odległości transmisji danych, niezawodności transmisji oraz ogólnie niezawodności systemu. Niniejszy artykuł ma za zadanie wskazać różne metody optymalizacji parametrów transmisji, wykorzystując rozwiązania i doświadczenia firmy Semitech Semiconductor.

 

Optymalizując parametry transmisji konstruktor do dyspozycji:

 

  • Metodę modulacji
  • Częstotliwości
  • Poziom redundancji danych
  • Moc nadawanego sygnału.


 

Metoda modulacji.

 

Gdy aplikacja wymaga przesyłu stosunkowo dużej ilości danych, typowe sposoby modulacji wąskopasmowych (FSK, ASK, PSK, BPSK, QPSK) mogą okazać się zbyt mało przepustowe. Nowoczesne systemy PLC wykorzystują zaawansowane sposoby modulacji np.: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) lub OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access).

 

OFDM – to typ modulacji umożliwiający jednoczesne wysyłanie wielu informacji w oddzielnych kanałach. Na poziomie pojedynczego kanału stosuje się typowe modulacje wąskopasmowe. Daje to zwielokrotnioną przepustowość pojedynczego kanału. Częstotliwości nośne w kanałach dobierane są tak, aby niemożliwym było zakłócanie (np.: harmonicznymi) jednego kanału przez drugi. Odporność na zakłócenie transmisji jest taka jak odporność modulacji w poszczególnych kanałach. Od bardzo odpornych modulacji BPSK, FSK, do modulacji o większej przepustowości ale mniej odpornych jak QPSK.

 

Problem powstaje, gdy choćby na 1 kanale powstają zakłócenia uniemożliwiające prawidłową detekcję sygnału. Odpowiedzią na tak postawiony problem jest modulacja OFDMA.

 

OFDMA – jest pewną modyfikacją OFDM. Używa ona kilku kanałów do przesyłania jednego strumienia danych.


Jednoczesne wysyłanie tej samej informacji na kilku kanałach (redundancja) daje nam niemal pewność, że choć jeden kanał nie będzie zakłócony i zostanie prawidłowo odczytany.

 

Zblokowanie kanałów daje nam kilka dodatkowych ciekawych cech np.:

 

Możliwość jednoczesnej transmisji danych do wielu indywidualnych urządzeń. Każde urządzenie czyta oddzielny kanał lub dla bezpieczeństwa transmisji - dwa różne kanały (redundancja).

 

Częstotliwości:

 

Jeśli w danym kanale poziom zakłóceń jest na tyle wysoki, że żadna transmisja z dowolnie odporną modulacją nie jest w stanie przesłać danych, projektant może modyfikować częstotliwość nośną kanału.

 

Redundancja :

 

Zwielokrotnienie przesyłanych tych samych danych daje nam gwarancję, że dane dotrą do odbiornika. Z drugiej strony, nadmierna redundancja powoduje znaczny spadek przepustowości. Każdy projektant w zależności od rodzaju aplikacji musi wybrać kompromis pomiędzy bezpieczeństwem przesyłu danych, a przepustowością.

 

Moc sygnału:

 

Regulacje różnych krajów w sposób autonomiczny regulują maksymalny poziom mocy sygnałów transmisji danych w sieci energetycznej w paśmie 55kHz-500kHz. Dla konstruktora najlepszym możliwym scenariuszem jest dostarczyć maksymalną dopuszczalną moc sygnału, co znacznie zwiększy stosunek sygnał szum. Z drugiej strony stosując modulacje OFDM czy OFDMA musi liczyć się z tak dużą chwilową mocą sygnału (w przypadku zsumowania się amplitud nośnych tego samego znaku z różnych kanałów), że mogą nasycić przetworniki ADC/DAC w modulatorach i demodulatorach nadajników i odbiorników. Rozwiązaniem jest możliwość regulacji wzmocnienia dla indywidualnych kanałów transmisji danych.

 

Rozwiązanie firmy Semitech Semiconductor.

 

Semitech Semiconductor oferuje zintegrowany układ scalony - modem PLC oznaczony symbolem SM2200, pracującego z modulacją OFDMA, który umożliwia konstruktorom prostą modyfikację wszystkich wspomnianych parametrów.

 

  • Mamy możliwość wyboru typu modulacji kanału (1BPSK,3BPSK, 3QPSK),
  • Możemy dowolnie modyfikować aż 3 częstotliwości w każdym z 18 dostępnych kanałów. Każda częstotliwość w paśmie 55-500kHzDostępne oprogramowanie warstwy MAC umożliwia projektantowi niemal w czasie rzeczywistym ustawić nową częstotliwość w niezakłóconym paśmie.
  • Możemy regulować moc każdego kanału indywidualnie.
  • W końcu możemy w bardzo elastyczny sposób wybierać stopień redundancji.

 


Od jej braku (czyli 18 dostępnych kanałów transmituje 18 niezależnych informacji) do 18 krotnej redundancji, gdzie 1 informacja przesyłana jest 18 oddzielnymi kanałami). Mamy dowolność w przypisywaniu, który kanał transmituje jaką daną.

 

Dzięki takim rozbudowanym możliwościom modemu SM2200 możemy osiągnąć transmisję z prędkością aż 175kbps. Dodatkową ciekawą cechą, jest to, że SM2200 może emulować wąskopasmowe modemy pracujące w pasmach zgodnych ze specyfikacją CENELEC A, B, C.

 

Artykuł napisany na podstawie artykułu Mike’a Holt z Semitech Semiconductor, opublikowany w EETimes Design 1.8.2011.



 

 


(c) JM Elektronik
Wszystkie nazwy handlowe i produktów w tej publikacji są zastrzeżone dla ich właścieli. Używanie ich nie powinno byc uważane
za naruszenie praw właśiciela, a jedynie potwierdzenie ich dobrej jakości.
Projekt i wykonanie:Positive Power sp. z o.o. - Agencja Interaktywna, tworzenie stron, projektowanie stron, cms, budowa sklepów, tworzenie sklepów