Enis Kočan Maja Ilić Zoran Veljović Igor Radusinović PRIMJENA SAVREMENIH TELEKOMUNIKACIONIH TEHNOLOGIJA U ELEKTROENERGETSKIM SISTEMIMA Enis Kočan Maja Ilić Zoran Veljović Igor Radusinović Univerzitet Crne Gore, Elektrotehnički fakultet

Sadržaj UVOD EE INFRASTRUKTURA U FUNKCIJI PLC TEHNOLOGIJE KARAKTERISTIKE EE VODOVA KAO KOMUNIKACIONIH MEDIJUMA RAZVOJNI PUT IEEE P1901 RADNE GRUPE OPIS TEHNIČKIH KARAKTERISTIKA IH I AC RJEŠENJA ZAKLJUČAK PRIMJERI

UVOD Obnovljeno interesovanje za PLC (Power Line Communications) zbog širokog mogućeg spektra primjene Problemi: brojni tehnološki izazovi i regulatorna pitanja, ali najviše činjenica da ne postoji međunarodni tehnički standard za PLC Glavna barijera će biti uskoro eliminisana kroz rad IEEE P1901 Corporate Standards Working Group, koja je osnovana u junu 2005. godine, a sada ulazi u završnu fazu svog rada. IEEE P1901 radi na rješenjima za fizički i MAC sloj, a cilj radne grupe je da razvije standard koji će omogućiti ostvarenje brzina prenosa podataka iznad 100Mb/s na fizičkom nivou preko EE vodova, korišćenjem opsega učestanosti do 100MHz.

EE INFRASTRUKTURA U FUNKCIJI PLC TEHNOLOGIJE PLC je jedan od mogućih kandidata za primjenu u tzv. “poslednjoj milji” do samih korisnika, kroz distributivnu mrežu srednjeg napona (MV – Medium Voltage), opsega od 1KV do 36kV, kao i niskonaponsku distributivnu mrežu (LV – Low Voltage), opsega do 1kV. U većini evropskih zemalja do korisničkih razvodnih tabli se vode sve tri faze i neutralni provodnik. Takva struktura dozvoljava PLC signalima da se umetnu između dvije faze, što predstavlja prednost sa stanovišta elektromagnetske kompatibilnosti (EMC – Electromagnetic Compatibility). PLC signali unutar zgrada i kuća se ubacuju između faze i neutralnog provodnika, pošto nemaju baš svi objekti zaštitno uzemljenje.

KARAKTERISTIKE EE VODOVA KAO KOMUNIKACIONIH MEDIJUMA Struktura same mreže, zatim način postavljanja instalacija u kućama i zgradama, kao i praksa korišćenja uzemljenja kao zaštite se razlikuje od zemlje od zemlje, pa čak postoje razlike i u okviru jedne iste zemlje. EE vod kao telekomunikacioni kanal je: - frekvencijski selektivan, - postoji prisustvo pozadinskog šuma koji po svojoj prirodi nije bijeli šum, - pod uticajem periodičnog i aperiodičnog impulsnog šuma, - vremenski promjenljiv. Ovakav kanal je veoma teško modelovati.

Vremensko-frekvencijska karakteristika indoor kanala EE voda Fundamentalno svojstvo EE vodova je periodičnost vremenskih promjena, a učestanost tih promjena obično dva puta veća od radne učestanosti energetske mreže Vremensko-frekvencijska karakteristika indoor kanala EE voda

KARAKTERISTIKE EE VODOVA KAO KOMUNIKACIONIH MEDIJUMA Dodatni izazov predstavlja činjenica da kablovi EE vodova često nisu zaštićeni, pa na taj način postaju i izvor i prijemnik elektromagnetne interferencije. Još jedno od problematičnih pitanja u vezi korišćenja EE vodova u komunikacione svrhe je i to što su ovakvi vodovi uvijek dijeljeni medijumi, što značajno može povećati interferenciju ako ima više geografski bliskih korisnika PLC-a. U drugim telekomunikacionim sistemima interferencija se izbjegava korišćenjem više komunikacionih kanala na različitim frekvencijskim opsezima (FDM – Frequency Division Multiplexing). Sa druge strane, većina PLC uređaja dijele čitav frekvencijski opseg (obično od 2-30 MHz).

RAZVOJNI PUT IEEE P1901 RADNE GRUPE Formirana je u junu 2005. god., a danas uključuje oko 70 različitih entiteta. U novembru 2005. god. je usvojen generalni plan rada i podgrupe su počele na definisanju niza pojedinačnih funkcionalnih i tehničkih zahtjeva (FTR – Functional and Technical Requirement). FTR-ovi su grupisani u tri grupe: - U kući (IH - In-Home), - Pristup (AC - Access), - Koegzistencija (CX – Coexistence). U aprilu 2008., nakon niza glasanja izabrano je po jedno rješenje za svaki FTR skup, da bi se u decembru 2008. godine, poslije izvjesnih poboljšanja izabranih rješenja, usvojili ovi predlozi kao finalna rješenja. Time je napravljen poslednji korak ka definisanju IEEE P1901 Draft standarda.

OPIS TEHNIČKIH KARAKTERISTIKA IH I AC RJEŠENJA Arhitektura usvojenog IEEE P1901 Draft standarda

OPIS TEHNIČKIH KARAKTERISTIKA IH I AC RJEŠENJA Zajednički MAC sloj komunicira sa fizičkim slojem preko međusloja, koji je označen kao PLCP (Physical Layer Convergence Protocol). Postoje 2 tipa ovakvog međusloja. IPP predstavlja novi element koji je karakterističan za EE vodove upotrijebljene kao komunikacioni medijum, upravo zbog pojave interferencije u slučaju kada se uređaji koji dijele isti medijum, a koriste različite tehnologije na fizičkom sloju nalaze blizu jedan drugoga. IEEE P1901 AC i IH uređaji će ukazivati na svoje prisustvo u mreži, kao i na zahtjeve koje imaju, emitovanjem jednostavnih IPP signala zasnovanih na zajednički distribuiranoj koordinacionoj funkciji

OPIS TEHNIČKIH KARAKTERISTIKA IH I AC RJEŠENJA Osnovna arhitektura koje će se koristiti za koordinaciju IEEE P1901 mreže je master/slave arhitektura. Master stanica predstavlja kontrolora kvaliteta servisa (QoS – Quality of Service). Ona autorizuje i autentifikuje slave stanice u mreži, i može dodjeljivati vremenske slotove za prenos koristeći CSMA/CA ili TDMA zasnovani višestruki pristup. Napredna opcija je mogućnost primjene inteligentnog TDMA višestrukog pristupa, koji predstavlja mehanizam dinamičke alokacije opsega, koji koristi informacije o veličini saobraćaja u redovima čekanja svake od stanica koje emituju.

Osnovni parametri fizičkog sloja IEEE P1901 standarda FFT-OFDM Wavelet-OFDM Broj FFT/wavelet tačaka 3072; 6144 512; 1024 Učestanost odabiranja (MHz) 75; 150 62,5; 125 Trajanje korisnog dijela simbola (μs) 40,96 8,192 Trajanje zaštitnog intervala (μs) 5,56; 7,56; 47,12 Nije potreban Modulacija (po podnosiocu) BPSK, QPSK, 8-, 16-, 256-, 1024 i 4096-QAM BPSK, 4-, 8-, 16-, 32-PAM Frekvencijski opseg (MHz) 2-30 (opcije: 2-48 i 2-60) 2-28 (opciono: 2-60) Korekcija greške Konvolucioni turbo kod (CTC) RS, RS-CC, LDPC (opcija) Maksimalna brzina prenosa 545 Mb/s (8/9 CTC) 544 Mb/s (239/255 RSS)

Zaključak Ukoliko PLC tehnologija ostvari predviđenu dinamiku ekspanzije, ona će omogućiti kompanijama iz oblasti elektroprivrede da uđu na telekomunikaciono tržište i postanu konkurentni Internet provajderi, oslanjajući se na sveprisutnu postojeću infrastrukturu i uz minimalna dodatna ulaganja. Benefiti korisnika: smanjenje cijena, poboljšanje usluga, kao i na uvođenje novih servisa. Čak i u scenariju kada se elektroprivredna kompanija ne bi odlučila za pružanje telekomunikacionih servisa, korisnici bi mogli imati veliku korist od IH PLC uređaja U manje razvijenim zemljama, ili u ruralnim oblastima ovo bi moglo da bude jedino razumno rješenje, sa ekonomskog stanovišta, za uvođenje širokopojanih Internet servisa. Za elektroprivredne kompanije PLC tehnologija će uvesti mnoge dodatne mogućnosti, kao što su aplikacije pametne mreže (napredna mjerenja i kontrola, smanjenje pikova, monitoring glavnih vodova) Kroz PLC tehnologiju bi bile olakšane mnoge funkcije u većim gradovima, a koje su od opšteg značaja, kao npr. kontrola saobraćajnih semafora, gradskog osvjetljenja, bezbjednosne aplikacije, itd.

Primjer primjene PLC MV Gateway-a u pristupnoj mreži

Ostvarljive brzine prenosa su do 200Mb/s (TDD),odnosno 85Mb/s (FDD), pri čemu se koriste opsezi do 2-34MHz. Interfejsi: RJ45 100BaseT, koaksijalni, RS458 serijski i konektor za napajanje.

Primjer primjene PLC LV Gateway-a u pristupnoj mreži

Ostvarljive brzine prenosa su do 200Mb/s na fizičkom nivou (FDD), pri čemu se koriste opsezi do 2-34MHz. Interfejsi: RJ45 100BaseT, koaksijalni i konektor za napajanje.

Primjer kućne PLC instalacije I u kućnoj mreži današnji PLC uređaji ostvaruju maksimalno 200 Mb/s na fizičkom nivou