Was ist Powerline?

Was wie wo PLC Technologie

Die Idee das bestehende elektrische Stromnetz auch zusätzlich für die Übertragung von Daten zu nutzen ist bereits einige Jahrzehnte alt. Die Energieversorgungsunternehmen begannen damit Daten für einfache Kontrollfunktionen über ihre Energienetze zu senden. Ältere PLC Systeme basieren auf Analogtechnik (langsam) und ermöglichen uni-direktionale Datenübertragung. Sie sind daher für einfache und zeitunkritische Anwendungen einsetzbar.

Erst im Laufe der letzten Jahre wurden Powerline Technologien entwickelt, die für die Datenkommunikation mit höheren Übertragungsgeschwindigkeiten geeignet sind. Vor allem die Verfügbarkeit digitaler Technologie mit einem günstigen Preis- Leistungsverhältnis sowie neuer verbesserter Algorithmen ermöglichten diesen technologischen Fortschritt. Der immens steigende Bedarf nach Informations- und Kommunikationsnetzwerken im industriellen und privaten Bereich und, in jüngerer Zeit, die Deregulierung der Telekommunikations- und Energieversorgungsmärkte sind die wirtschaftliche Motivation für die Investition in die Entwicklung von marktreifer PLC Technologie.

Binäre Daten können über die Stromleitung übertragen werden. Die dafür verwendeten Trägerfrequenzen liegen deutlich über den für den Elektrizitätstransport standardisierten Frequenzen von 50 bzw. 60 Hz. Durch geeignete Verfahren zur Modulation von Amplitude (ASK), Frequenz (FSK), Phase (PSK), einer Kombination dieser Größen, oder neueren Verfahren wie OFDM - QAM werden digitale Daten (Bit 0 und Bit 1) repräsentiert.

Die europäische Norm EN50065 (CENELEC) definiert verschiedene Frequenzbänder und Grenzwerte für die Sendepegel für die Signalübertragung auf elektrischen Niederspannungsleitungen dem 230V Stromnetz. Die verfügbaren Frequenzbänder innerhalb der CENELEC Vorschriften sind verhältnismäßig schmal. Daher sind Technologien, die eine große Bandbreite benötigen, wie beispielsweise Spread Spectrum , für diesen Bereich nur bedingt einsetzbar. Verfahren die ein relativ schmales Frequenzband nutzen und ein kleines Signal/Rausch-Verhältnis zur sicheren Datenerkennung benötigen sind hier besser geeignet.

Die europäischen Normen unterscheiden sich wesentlich von den in den USA und Fernost gültigen Regulierungen. In USA dürfen beispielsweise Trägerfrequenzen bis zu 450 kHz genutzt werden, während in Europa die Grenze bei nur 148,5 kHz liegt. Dies ist einer der Gründe dafür, dass Powerline Produkte, die für den amerikanischen Markt entwickelt wurden, im allgemeinen nicht unverändert in Europa verwendet werden können. Werden diese Systeme so verändert, dass sie die europäischen Normen erfüllen, ist dies meist Weise mit einer erheblichen Reduzierung der Übertragungsgeschwindigkeit verbunden.

Prinzipiell gibt es zwei Verfahren für die Powerline-Kommunikation: schmalbandige und breitbandige Verfahren

Die schmalbandigen Verfahren bieten Vorteile bei Übertragungskanälen mit geringen Störungen.

Die gebräuchlichen Modulationsverfahren in diesem Bereich sind Frequenzmodulation (Frequency Shift Keying, FSK) oder Phasenmodulation (Phase Shift Keying, PSK). Die Amplitudenmodulation (Amplitude Shift Keying, ASK) wird weniger eingesetzt.

Breitband- oder Spreizbandverfahren (Spread Spectrum) ermöglichen eine extreme Redundanz der Signalübertragung. Sie sind gegen Störungen unempfindlicher. Für die Powerline-Kommunikation innerhalb der Europäischen CENELEC Norm sind sie jedoch weniger gut einsetzbar, da sie eine große Frequenzbandbreite benötigen.

Unterschiede in der Normung zwischen Europa, USA und Fernost ?

Ja, amerikanische oder japanische Normen gestatten die Nutzung höherer Trägerfrequenzen (450-500 kHz). Durch die Verwendung höherer Trägerfrequenzen sind höhere Übertragungsgeschwindigkeiten erreichbar. Außerdem können aufgrund der größeren Bandbreite Verfahren wie Spread Spectrum vorteilhaft eingesetzt werden. PLC Technologien die amerikanischen oder Vorschriften in Fernost entsprechen sind daher vergleichsweise schnell. Werden sie jedoch für die Verwendung für den europäischen Markt umgestellt führt dies in aller Regel zu dramatischen Geschwindigkeitsverlusten (bei einigen Systemen um den Faktor 20).

Wie können Übertragungsraten in Mbps-Bereich erreicht werden ?

Übertragungsraten im Mbps-Bereich (Megabit/sec) können auf ungeschirmten Stromkabeln innerhalb der momentan gültigen europäischen Normung nicht erreicht werden. Zur Erreichung von Mbps-Raten sind Trägerfrequenzen im MHz-Bereich erforderlich. Nach unseren Informationen arbeiten die derzeit in Feldversuchen getesteten Mbps-Systeme in Frequenzbereichen bis zu 30 MHz.

Was bedeutet "frequency hopping" ?

"Frequency hopping" ist im Prinzip eine Erweiterung der Frequenzmodulation (FSK). Anders als bei der FSK Modulation, die zwei unterschiedliche Frequenzen für die Informationsdarstellung benutzt, werden beim "frequency hopping" mehrere hundert Frequenzen genutzt.

Funktioniert die Datenübertragung auch in einem 3-Phasen Stromnetz ?

PolyTrax hat umfangreiche Tests in Deutschland durchgeführt mit dem Ergebnis, daß in allen getesteten 3-phasig installierten Häusern / Wohnungen eine Datenübertragung problemlos möglich war. In den meisten getesteten Fällen befindet sich der Hausanschlußkasten mit einer Verbindung zum Hauszählerkasten im Keller. Von dort laufen die 3 Phasen über eine Leitung gemeinsam bis zum Sicherungskasten in der Wohnung oder im Erdgeschoß / Keller des Hauses. Auf dieser Strecke findet Übersprechen und damit eine induktive Kopplung der Phasen statt.

Dringen Daten in Nachbarwohnungen eines Mehrfamilienhauses ein ?

In der Regel werden die Daten durch die im Außenhausbereich im Vergleich zu den Verhältnissen in den Wohnungen sehr geringe Impedanz fast vollständig nach außen abgeleitet, wo sie abgedämpft werden. Um vollständig sicher zu sein, daß keine Daten in Nachbarwohnungen eindringen, sollte ein Sperrfilter installiert werden, der die Wohnung zum abgeschlossenen Netzwerk macht.

Wie steht es um die Abhörsicherheit von PLC-Daten ?

Die PLC-Daten von PolyTrax werden als IP-Pakete verschickt und sind mit einer eindeutigen Adresse versehen, ähnlich einer Email. Damit können sie nur vom Adressaten empfangen werden, obwohl sie an jeder Steckdose zur Verfügung stehen, wieder vergleichbar mit einem konventionellen Netzwerk, etwa dem Ethernet. Andere – nicht autorisierte – Empfänger könne PolyTrax Daten nicht einmal dann empfangen, wenn ihnen das PolyTrax Verfahren im Einzelnen bekannt ist, da durch das adaptive Verhalten des PolyTrax Verfahren, etwas die dynamische Ausmessung des Übertragungskanals oder unterschiedliche Modulationen in Abhängigkeit von Trägerfrequenz Empfangs- und Sendealgorithmen zeitlich nicht vorhersagbar variieren.

Wie groß ist die Übertragungsreichweite der PolyTrax Produkte ?

Die erreichbare Entfernung für eine zuverlässige Datenübertragung ist von dem Störpegel und der Dämpfungscharakteristik der Stromleitung abhängig. Für PolyTrax Systeme beträgt die maximale Reichweite 300 – 500 Meter. Zur Überbrückung größerer Entfernungen muß ein Signalverstärker eingesetzt werden.

Ist der Stromzähler eine Barriere für die Datenübertragung mit PolyTrax Produkten?

Der Stromzähler stellt keine Barriere für die Datenübertragung nach dem PolyTrax Verfahren dar. Er wirkt wie ein diskretes Dämpfungselement mit geringer Dämpfungsamplitude. Um sicherzustellen, daß Daten nicht über den Zähler übertragen werden können, ist die Installation eines Filters zu empfehlen.