Вопрос оптимальной реализации "последней мили" по-прежнему остается актуальным для операторов связи. Корпоративных и индивидуальных пользовате-лей уже давно не удовлетворяют более чем скромные возможности коммутируемого доступа – dial-up. Несколько лет назад появились и широко применяются высоко-скоростные технологии "последней мили": различные варианты xDSL, Wi-Fi и др. Но, по-видимому, самой почтенной (по возрасту) является идея использовать для передачи информации электрические линии, самые многочисленные и имеющиеся практически везде, где живет и работает человек.
Реальное внедрение систем передачи информации по электросетям началось в первой половине ХХ века. Для этого использовались высоковольтные линии электропередач, передаваемая информация носила преимущественно служебный характер, скорости передачи были чрезвычайно низкими. В настоящее время высокочастотные каналы, работающие в диапазоне частот 36…1000 кГц на скорости 2,4 Кбит/с, существуют примерно на половине ЛЭП России.
Применение каналов связи по домовым и низковольтным электросетям также ограничивалось довольно узким кругом задач. Энергетики прорабатывали методы передачи информации от электросчетчиков в узлы сбора данных для учета электроэнергии и методы дистанционного управления объектами. Появились переговорные устройства, не требующие дополнительных проводов. Хотя изучение проблемы широкополосного доступа по электросети проводится около 30 лет, применение новой технологии передачи информации долго сдерживалось техническими причинами -- отсутствием элементной базы для создания доступных систем со специальными методами обработки передаваемых сигналов.
В технической литературе встречаются различные названия технологии передачи по электросетям: PLC (Power Line Communication) и BPL (Broadband over Power Lines). Не останавливаясь на филологических и технических нюансах этих терминов, будем в дальнейшем пользоваться аббревиатурой PLC.
Электросети являются весьма сложной средой передачи, качественные показатели которой постоянно и хаотично меняются. В ней постоянно присутствуют случайные импульсные помехи, возникающие при коммутации электропотребителей. Эта среда передачи разветвлена и неоднородна: часть проводки выполняется медными проводами, часть -- алюминиевыми.
Электропроводка излучает сигналы и одновременно сама является антенной. Иными словами: нет таких пороков, присущих различным системам передачи информации, которые не присутствовали бы в электросети. Справиться с ними стало возможно, применяя специализированные чип-сеты, обеспечивающие возможность реализовать сложные виды модуляции, например OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что вызвало новую волну интереса к технологии PLC. Организованный в 2000 года и в настоящее время объединяющий десятки ведущих фирм, альянс HomePlug Powerline Alliance ранее разработал стандарт HomePlug 1.0 (скорость 14 Мбит/с), а в текущем году – HomePlug AV. Новый стандарт (скорость 200 Мбит/с) может обеспечить одновременную передачу по квартирной электропроводке компьютерных данных, видео, музыки и трафика IP телефонии.
Анализ публикаций по тематике PLC показывает, что данная технология в основном предлагается для передачи информации на высоких скоростях на "последних дюймах" при создании СКС (структурированных кабельных сетей) в офисах фирм (преимущественно средних и мелких), позволяя гибко приспосабливать сети при развитии или изменении собственной структуры фирмы или внутри коттеджей (квартир). Достаточно просто перенести оборудование в нужные помещения и включить в электророзетки шнуры питания.
В конце 2003 года ЗАО "ЭлектроКом" обратилось в Московскую городскую радиотрансляционную сеть (МГРС) с предложением провести исследовательские работы по использованию технологию PLC для передач цифровой информации по распределительным и абонентским линям сети проводного вещания. Специалисты "Электро-Ком" считали, что поскольку радиосеть представляется стабильно нагруженной сетью, в которой отсутствуют источники мощных помех, она имеет неоспоримые преимущества перед электросетью. И организация высокоскоростных каналов передачи цифровой информации по сети ПВ им представлялась надежным, заведомо беспроигрышным делом.
Было опробовано оборудование для систем PLC фирм "Main.net" (Израиль), "Design of Systems on Silicon" или сокращенно "DS 2" (Испания) и "Сумитомо" (Япония). В состав комплекта оборудования в общем случае входят:
- центральное устройство (обеспечивает прием/передачу информации, управление сетью и контроль);
- абонентское устройство – сетевой терминатор;
- репитер (выполняет функции промежуточного усилителя на линии);
- устройства ввода/вывода сигнала в фидеры ПВ;
- устройства ввода/вывода сигнала в электросеть. (Оба типа устройств ввода/вывода сигнала собственной разработки.)
На первом этапе исследований отрабатывались варианты устройств подключения оборудования PLC к распределительным фидерам проводного вещания (РФ) и определялась максимальная длина участка РФ, на котором был возможен уверенный прием сигналов PLC. Специалисты МГРС и ЗАО "Электро-Ком" сформулировали общие требования к оборудованию PLC (для его последующей адаптации к сетям проводного вещания (ПВ) и к устройствам подключения оборудования к радио- и электросети:
- полное отсутствие взаимного влияния систем трехпрограммного ПВ и PLC;
- отсутствие превышения допустимых норм электромагнитных излучений от фидеров и оборудования ПВ при работе системы PLC;
- высокая изоляция между цепями ТПВ и PLC;
- высокая изоляция между цепями электросети и PLC;
- сертификация импортного и отечественного оборудования системы PLC соответствующими организациями Мининформсвязи.
- В экспериментах проверялись следующие варианты подключения:
- ввод/вывод сигнала в начало РФ на распределительном стативе звуковой трансформаторной подстанции (СТР ТП);
- индуктивный и кондуктивный способы ввода/вывода сигнала PLC в различных точках РФ.
Для ввода сигнала PLC в начале РФ в стативе СТР временно вынимались линейные предохранители соответствующего фидера и вместо них включались заграждающие ВЧ дроссели. Сигнал с центрального блока (ЦБ) системы PLC через разделительные конденсаторы инжектировался в начало РФ. Так как вход электропитания устройств PLC одновременно является и их сигнальным входом/выходом, для развязки по питающей сети ЦБ подключался к электророзетке также через ВЧ дроссели. Такая схема включения применялась на начальной стадии экспериментов при определении дальности прохождения сигналов по РФ и впоследствии больше не использовалась.
Оптимальными вариантами подключения оборудования PLC к РФ признана симметричная комбинированная индуктивно-кондуктивная схема. В качестве сердечников ВЧ трансформаторов использовались разъемные (из двух полуколец) ферритовые кольца большого диаметра, которые очень удобно "застегивать" на проводах РФ и на сетевых проводах домовой электропроводки. Коэффициенты передачи трансформаторов и номиналы конденсаторов подобраны экспериментально, с учетом требований к оборудованию PLC. Несомненным преимуществом этих вариантов является весьма высокое сопротивление изоляции между проводами РФ и остальными цепями системы PLC, в том числе и проводами электросети. Помимо испытаний на дальность прохождения и затухания сигналов PLC в элементах РФ и абонентских цепях ПВ, был организован небольшой экспериментальный тракт с использованием участка РФ и сетевой домовой проводки.
В здании по Б. Семеновской ул. был установлен контроллер PLC фирмы DS2. Контроллер подключался к РФ, идущему к зданию МГРС на Семеновском Валу. Длина участка РФ составила 240 м. Выход в Интернет обеспечивался ADSL модемом, подключенным к контроллеру. На здании МГРС к РФ через устройство ввода/вывода был подключен аналогичный контроллер. Его выход через ВЧ трансформатор, выполненный на разъемном ферритовом кольце большого диаметра, подключался к фазовому проводу силового стояка здания. Подключение не требует никаких изменений в монтаже электропроводки здания и сводится к застегиванию кольца вокруг изолированного фазного провода. В общем случае, когда сигнал надо инжектировать во все три фазы, применяются схемы из трех тороидальных трансформаторов, по одному на каждый фазный провод. К электророзетке в здании подключалось абонентское устройство PLC, имеющее два выхода: для подключения персонального компьютера ПК и аналогового телефонного аппарата ТА. ПК обеспечивал абоненту выход в Интернет, а ТА -- IP телефонную связь. Скорости приема/передачи 6/1 Мбит/с ограничивались возможностями провайдера ADSL. Этот участок функционировал в течение года и наглядно показал потенциальные возможности системы.
Испытания на дальность прохождения сигналов PLC проводились на РФ МГРС с различными плотностями нагрузки, то есть с различным количеством подключенных абонентов ПВ на единицу длины фидера. Дальность определялась по минимально допустимым отношениям сигнала к помехе (шуму). Экспериментально установлено, что на участках холостых пробегов (на не нагруженных участках) РФ дальность прохождения сигналов PLC составляет 200…300 м. При этом скорость приема/передачи составляла в среднем 280/160 кбит/с. На РФ, питающих "длинные" дома, где плотность нагрузки высока (около 40 абонентских трансформаторов на 1 км длины), дальность снижается в 2-3 раза.
Абонентские трансформаторы (АТ) вносят очень большое затухание в диапазоне частот системы PLC, оно достигает 90…100 дБ. Поэтому для непосредственной передачи сигналов по сети ПВ непосредственно в квартиру абонента потребовалась бы установка специальных обходных устройств на каждый АТ. А это значительно усложнило бы строительство и эксплуатацию испытываемой системы. Испытания показали, что домовая проводка, выполненная железными проводами (а таких абонентских линий в Москве больше половины), также вносит весьма большое затухание, и ее использование для распределения сигналов PLC от РФ до квартир-ных розеток практически невозможно. Это определило выбор метода распределения сигналов PLC внутри дома инжекцией сигналов в фазные провода домовой электросети.
Основываясь на результатах совместных с МГРС исследований, "Электро-Ком" планирует применить различные способы построения сети. Наиболее рациональным они считают принцип FTTH (Fiber to the Home -- оптоволокно в дом) и далее -- распределение сигнала по домовой электросети. При этом должна использоваться инфраструктура МГРС: точки доступа к транспортным сетям размещаются на опорно-усилительных станциях (ОУС) ПВ, распределительные узлы, объединенные в кольцо, на ТП, подвеска волоконно-оптических кабелей (ВОК) -- на линейных сооружениях МГРС. Однако для строительства такой сети в заметных масштабах потребуются значительные капиталовложения и время при больших сроках окупаемости. Поэтому на первых этапах строительства коммерческой сети предпочтение, по-видимому, будет отдаваться "комбинированной" сети: оптика от ТП до ближайшего здания, далее – распределение по зданиям частично -- по ВОК, частично -- по участкам РФ с дальнейшим распределением внутри здания по домовой электросети. Этот принцип считается вполне приемлемым при ограниченном количестве абонентов.
По имеющимся сведениям, компания "Электро-Ком" планирует или уже занимается внедрением PLC технологии и в других городах: Красногорске, Рязани, Калуге, Ростове-на-Дону. Проект в Москве сегодня уже миновал тестовую зону и реализовывается как пилотный этап в районе Южное Тушино под коммерческим названием "Спарк". Сегодня "Спарк" предоставляет пользователю доступ к сети Интернет со скоростями не менее 10 Мбит/с и телефонные номера городской телефонной сети по технологии Voice over IP. В перспективе возможно также предоставление услуги цифрового телевидения.
В конце прошлого года руководство ЗАО "Электро-Ком" объявило, что инвестиционный фонд "Русские технологии" и Intel Capital, подразделение корпорации Intel, достигли соглашения об инвестициях в компанию "Электро-Ком" в размере 4 млн долларов. Если начальный этап в Москве пройдет успешно (охват порядка 10000 абонентов и удовлетворение запланированным техническим требованиям), то "Электро-Ком" ждет следующий транш инвестиций, что позволит в 2007-2008 гг. охватить сетью PLC практически всю территорию Москвы.
Фонд "Русские технологии" считает своей основной задачей вложение денег в передовые технологии и способствование их развитию. "Рынок широкополосного доступа -- один из наиболее динамично развивающихся в нашей стране, и мы верим, что услуга "Электро-Ком" актуальна и будет пользоваться большим спросом", – заявил генеральный директор фонда М. Гамзин. Что касается корпорации Intel Capital, то программа ее стратегических инвестиций и приобретений концентрируется на осуществлении инвестиций в акционерный капитал коммерческих предприятий для развития Интернет-экономики в поддержку стратегических интересов корпорации Intel. Intel Capital вкладывает средства в компании, занимающиеся аппаратными средствами, программным обеспечением и оказанием услуг на рынке вычислительных систем, сетевых решений и беспроводных коммутаций.
Генеральный директор ЗАО "Электро-Ком" г-н Радзиховский считает, что в России у компании нет сейчас серьезных конкурентов в сегменте PLC доступа. По оценкам "Электро-Ком", скорость доставки трафика по технологии PLC до компьютера конечного абонента может достигать 20 Мбит/с. Совместные исследования МГРС и "Электро-Ком" показали, что в принципе сигналы PLC проходят по биметаллическим (сталемедным) проводам РФ сети проводного вещания, причем дальность передачи сильно зависит от плотности распределенной нагрузки фидера.
На холостых пробегах и при плотностях нагрузки до 5…10 АТ/км дальность составляет 200…300 м при скорости передачи 200…300 Кбит/с. При высокой плотности нагрузки (20…30 и более АТ/км) дальность заметно снижается. Это потребует установки большого количества промежуточных усилителей, что нецелесообразно с экономической, энергетической и организационной точек зрения. Абонентские трансформаторы и стальная домовая проводка имеют весьма высокое затухание на частотах PLC, поэтому их прямое применение в системе исключается. Устройства ввода/вывода сигнала в РФ на разъемных ферритовых кольцах (ВЧ трансформаторы) обеспечивают высокое переходное затухание для сигналов ПВ и высокое сопротивление изоляции между цепями ПВ и PLC. Аналогичные трансформаторы обеспечивают приемлемое согласование и высокое сопротивление изоляции при вводе/выводе сигналов PLC в домовую электросеть.
Таким образом, широкое и повсеместное использование РФ для распределения сигналов PLC на высоких скоростях (порядка нескольких Мбит/с) для охвата большого количества пользователей пока реализовать не удается. Наиболее просто эта задача решается при использовании маловолоконных ВОК по принципу "волокно в дом". Степень участия сетей ПВ в подобных проектах выражается в использовании их ресурсов: предоставлении помещений для установки аппаратуры PLC, подвеске на своих линейных сооружениях ВОК и использовании (в ограниченном количестве) участков РФ для передачи по ним сигналов. В целом технология и оборудование PLC, адаптированное для работы на линиях ПВ и с использованием ВОК, являются альтернативой другим технологиям массового широкополосного доступа и могут позволить улучшить инфраструктуру Интернета, сделать его еще более востребованным.
Телемультимедиа № 6 (34), 2005
