Спосіб підведення й зняття сигналу із цифровими даними в електророзподільну мережу будинку

1. Спосіб підведення й зняття сигналу із цифровими даними в електророзподільну мережу будинку при здійсненні телекомунікаційних технологій обміну пакетами цифрових даних по електромережі за допомогою технології PLT (Power Line Telecommunication), який відрізняється тим, що підведення/зняття сигналу із цифровими даними (далі - інжекцію цифрового сигналу) в електророзподільну мережу будинку виконують із цифрової магістралі на електричну шину, що входить в електророзподільну мережу будинку, при цьому інжекція цифрового сигналу здійснюється не менш ніж у двох точках даної електричної шини, а відстань між точками інжекції цифрового сигналу встановлюють таким чином, щоб вона була не менше 2,5 метрів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що цифрова магістраль, від якої виробляється інжекція сигналу із цифровими даними в мережу електроживлення будинку, представлена кожним з наступного або будь-якою комбінацією з наступних: а) провідною магістраллю, б) оптоволоконною магістраллю, в) магістраллю, що використовує технології бездротового доступу на основі електромагнітних хвиль (наприклад, радіохвиль), г) іншою магістраллю високошвидкісної передачі цифрових даних. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що інжекцію сигналу здійснюють в будь-який провід три 2 (19) 1 3 92285 4 го сигналу, що інжектується, потім визначають чись необхідної потужності сигналу в точках підккоординати розташування точок інжекції на електлючення споживача до електроенергії. 21. Спосіб за п. 17, який відрізняється тим, що ричній шині за наступними формулами: розташування точок інжекції за необхідності уточln 2 , x1 L нюють, зрушуючи одну або обидві з них у довільln( ) ному напрямку на довільну відстань по довжині X 2 L x1 , електричної шини, домагаючись необхідної потужності сигналу в точках підключення споживача до де L - довжина електричної шини, x1 і x 2 - коорелектроенергії. динати розташування першої ( x1) і другої ( x 2 ) 22. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що розташування точок інжекції за необхідності уточточок інжекції на електричній шині, що інжектуєтьнюють, зрушуючи одну або обидві з них у довілься, кожний з кінців якої приймається за початок ному напрямку на довільну відстань по довжині координат х. електричної шини, домагаючись необхідної потуж16. Спосіб за п. 1, який відрізняється тіш, що виності сигналу в точках підключення споживача до користовують раніше отримані дані по величині в електроенергії. (по відношенню амплітуди сигналу із цифровими 23. Спосіб за кожним із пп. 1-3, 6-16, 19, 21, 22, даними після проходження по довжині електричної який відрізняється тіш, що при визначенні розташини до амплітуди цифрового сигналу, що інжекшування точок інжекції на електричній шині врахотується), потім визначають координати розташувують довжини хвиль несучих для того, щоб за вання точок інжекції на електричній шині за настурахунок хвильових властивостей цифрового сигпними формулами: налу, що інжектується, забезпечити мінімальне ln 2 його ослаблення. , x1 L ln( ) 24. Спосіб за п. 23, який відрізняється тим, що відстань між точками інжекції на електричній шині X 2 L x1 , вибирають кратною довжині хвилі несучої. де L - довжина електричної шини, х1 і х2 - коорди25. Спосіб за п. 20, який відрізняється тим, що нати розташування першої ( x1) і другої ( x 2 ) точок при визначенні розташування точок інжекції на інжекції на електричній шині, що інжектується, коелектричній шині враховують довжини хвиль несужний з кінців якої приймається за початок коордичих для того, щоб за рахунок хвильових властивонат х. стей цифрового сигналу, що інжектується, забез17. Спосіб за кожним із пп. 15, 16, який відрізняпечити мінімальне його ослаблення. ється тим, що амплітуду сигналу із цифровими 26. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що даними, що інжектується, визначають як кожне з відстань між точками інжекції на електричній шині наступного або будь-яку комбінацію з наступних: вибирають кратною довжині хвилі несучої. а) амплітуду цифрового сигналу, що інжектується, 27. Спосіб за кожним із пп. 1-3, 6-16, 19, 21, 22, з фіксованою довжиною хвилі несучої, б) середню який відрізняється тим, що при визначенні розпо спектрі амплітуду цифрового сигналу, що інжекташування точок інжекції на електричній шині вратується, на обраному діапазоні довжин хвиль неховують довжини хвиль несучих для того, щоб за сучих, в) інтегральну амплітуду цифрового сигнарахунок хвильових властивостей цифрового сиглу, що інжектується, на вибраному діапазоні налу, що інжектується, забезпечити його посилендовжин хвиль несучих, г) будь-яким іншимспосоня. бом. 28. Спосіб по п. 27, який відрізняється тим, що 18. Спосіб за кожним із пп. 15, 16, який відрізнявідстань між точками інжекції на електричній шині ється тим, що є відношенням кореня квадратвибирають кратною довжині хвилі несучої. 29. Спосіб за п. 20, який відрізняється тим, що ного з потужності сигналу із цифровими даними при визначенні розташування точок інжекції на після проходження по довжині електричної шини електричній шині враховують довжини хвиль несудо кореня квадратного потужності сигналу, що чих для того, щоб за рахунок хвильових властивоінжектується, із цифровими даними. стей цифрового сигналу, що інжектується, забез19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що печити його посилення. потужність сигналу із цифровими даними, що ін30. Спосіб за п. 29, який відрізняється тим, що жектується, визначають як кожне з наступного або відстань між точками інжекції на електричній шині будь-яку комбінацію з наступних: а) потужність вибирають кратною довжині хвилі несучої. цифрового сигналу, що інжектується, з фіксованою 31. Спосіб за кожним із пп. 24, 26, 28, 30, який віддовжиною хвилі несучої, б) середню по спектру різняється тим, що відстань між точками інжекції потужність цифрового сигналу, що інжектується, на електричній шині вибирають кратною мінімальна вибраному діапазоні довжин хвиль несучих, в) ній довжині хвилі несучої. інтегральну потужність цифрового сигналу, що 32. Спосіб за кожним із пп. 24, 26, 28, 30, який відінжектується, на вибраному діапазоні довжин різняється тим, що відстань між точками інжекції хвиль несучих, г) будь-яким іншим способом. 20. Спосіб за кожним із пп. 1-3, 6-16, 19, який відна електричній шині вибирають кратною середній довжині хвилі несучої. різняється тим, що розташування точок інжекції 33. Спосіб за кожним із пп. 24, 26, 28, 30, який відза необхідності уточнюють, зрушуючи одну або різняється тим, що відстань між точками інжекції обидві з них у довільному напрямку на довільну на електричній шині вибирають кратною максимавідстань по довжині електричної шини, домагаюльній довжині хвилі несучої. 5 92285 6 34. Спосіб за кожним із пп. 24, 26, 28, 30, який від35. Спосіб за кожним із пп. 24, 26, 28, 30, який відрізняється тим, що відстань між точками інжекції різняється тим, що відстань між точками інжекції на електричній шині вибирають кратною характерна електричній шині вибирають кратною будь-якій ній довжині хвилі несучої. іншій довжині хвилі несучої. Галузь застосування винаходу Винахід стосується техніки електричного зв'язку, а саме, способів підведення й зняття (далі інжекції) цифрових даних у систему розподілу електроживлення будинку. Винахід також стосується галузі телекомунікаційних технологій, а саме, способів передачі інформації через енергетичні системи за допомогою технології PLT (абревіатура від англ. Power Line Telecommunication), що називається, крім того, технологією PLC (від англ. Power Line Communication або Power Line Carrier), PLN (від англ. Power Line Networking) або PAN (від англ. Power Area Networking). Винахід також стосується способів передачі високочастотних сигналів по електричних мережах. Цифрові дані, що передаються, можуть включати дані зв'язку (наприклад, дані Інтернет, відео-, аудіо-, голосові дані), дані телеметрії, дані керування та/або інші цифрові дані. Рівень техніки Великі мережі енергопостачання існують у Російській Федерації (РФ) і інших країнах. Принциповою перевагою даної інфраструктури є повсюдна поширеність електричних мереж. Украй перспективною в силу цього виявляється можливість забезпечувати по електромережах доступ в Інтернет, голосовий зв'язок й інші види передачі цифрових даних. Важливу роль при цьому грає такий фактор, як відсутність необхідності додаткової кабельної каналізації. Тим самим є закономірним інтерес до пошуку технічних рішень по використанню мереж енергопостачання як альтернативного середовища передачі цифрових даних. Різні способи телекомунікації за допомогою ліній енергопостачання добре відомі з рівня техніки. Докладну інформацію щодо класичних способів передачі інформації з ліній електропередач можна знайти в ("Fundamentals Handbook of Electrical and Computer Engineering: Communication Control Devices and Systems". John Wiley & Sons, 1983; Modern power station practice. Ed. British Electricity International, London, UK. Pergamon, 1991-1992, Multi-volume book). Наведемо деякі додаткові приклади з рівня техніки. Відомий спосіб передачі інформації через електричний силовий кабель (Manstorfer K. Data transmission system for transmission of data on at least one power cable. Європейська заявка 0889602 A2. IРС6 Н04В3/54. дата пріоритету 03.07.1997. дата публікації. 07.01.1999). На кінцевих ділянках електричного силового кабелю виконується ввід й вивід цифрових даних, тим самим забезпечується зв'язок між двома пунктами, розташованими на кінцях силового кабелю. Середовищем передачі цифрового сигналу в описі відомого способу є відрізок електричного силового кабелю (без розгалужень). За цієї причини відомий спосіб стосується групи способів прямого зв'язку, призначених головним чином для цілей дистанційного одержання інформації про роботу трансформаторних підстанцій й іншого електричного устаткування по силових кабелях середньої й високої напруги. Основним недоліком відомого способу є неможливість його використання для інжекції PLT-сигналу в електророзподільну мережу будинку. Дійсно, у розгалужених електричних мережах відзначаються втрати потужності PLT-сигналу через розгалуження в мережі. Крім того, у будинках присутнє значна кількість шумових перешкод, що виникають, наприклад, через вмикання й вимикання електричних пристроїв. По своїй виразності такого роду перешкоди значно перевершують ефірні шуми, що виникають у нерозгалужених електричних кабелях. При обмеженій потужності подаваного PLT-сигналу все це приведе до низької швидкості й недостатньої надійності передачі інформації відомим способом. Більше того, неохопленим PLT-сигналом достатньої потужності в цьому випадку виявляється більшість приміщень будинку, що робить відомий спосіб непридатним для застосування в розгалужених електророзподільних мережах будинків. Відомий також спосіб інжекції сигналу із цифровими даними в систему електропостачання на ділянці до трансформаторної підстанції (Kline P.A. Power line communication system and method of using the same. Патент США 6958680. Індекс МПК6 Н04В3/54. дата пріоритету 16.04.2001. дата публікації 25.10.2005). Сутність відомого способу полягає в тому, що введення цифрових даних у систему розподілу електроживлення виконують таким чином, що точка інжекції цифрового сигналу приходиться на силовий провід середньої напруги. Далі спеціальний шунт забезпечує передачу цифрових даних із силової мережі середньої напруги на силову мережу низької напруги. Тим самим здійснюється перекидання сигналу із цифровими даними, минаючи трансформаторну підстанцію, на низьковольтну мережу. У результаті того, що сигнал із цифровими даними подається на ділянку електромережі, що розташовується в безпосередній близькості від трансформаторної підстанції, охопленими PLT-сигналом виявляються відразу всі електричні розетки комплексу житлових будинків, який постачається цією трансформаторною підстанцією. Основним недоліком відомого способу є істотне слабшання PLT-сигналу на ділянці лінії електропостачання від трансформаторної підстанції до електричних розеток у квартирах або офісах будинку, що постачається. При цьому способом не передбачена можливість повторної інжекції сигналу. Зазначений недолік робить неефективним використання відомого способу для інжекції сигналу із цифровими даними в будинках із шинною топологією електророзподільної мережі (тобто в більшості житлових і деяких будинках у 7 92285 8 РФ), оскільки забезпечує низьку швидкість і надійліній при передачі інформації. Це означає, що ність передачі цифрових даних, недостатнє охопбезмежно нарощувати потужність високочастотнолення приміщень у будинку PLT-сигналом. го цифрового сигналу, що підводиться, не можна, Існує також спосіб інжекції сигналу із цифронеобхідно розумно розпорядитися наявною обмевими даними в електричну мережу самого будинку женою потужністю PLT-сигналу, що інжектується, (Crenshaw R.E., Grimes D.W., Larson P.L. Method для того, щоб домогтися достатньої потужності and apparatus for attaching power line сигналу в кожній електричній розетці будинку. Отcommunications to customer premises. Заявка WO же, інжекцію PLT-сигналу було б бажано робити 2004/017621 A1. Індекс МПК7 Н04М11/04. дата максимально близько до кінцевого користувача, пріоритету 16.08.2002. дата публікації 26.02.2004). усуваючи цим погрозу його надмірного загасання. Даний спосіб є найбільш близьким до пропоноваРазом з тим, підведення цифрової магістралі (наного за технічною сутністю та результатом, що приклад, оптоволоконного кабелю) до кожного досягається, і є його прототипом. При здійсненні приміщення в будинку виявляється надмірно доровідомого способу інжекція сигналу із цифровими гим. Тим самим визначається технічна проблема, даними здійснюється в електророзподільному щидля рішення якої даний винахід є необхідним. ті будинку, звідки PLT-сигнал розподіляється із Сутність винаходу проводкою по всіх приміщеннях будинку. При цьоСутність винаходу в короткому викладі (розкму для сполучення сигналу із трифазною мережею риття винаходу). електроживлення в будинку використовується сисТехнічна проблема, розв'язувана дійсним спотема, що містить пристрій струму несучої частоти, собом, полягає в тому, щоб за обмеженої потужщо створює несучий сигнал для передачі по елекності сигналу із цифровими даними, що подається, тромережі, пасивний сполучний пристрій (так звав такий спосіб зробити його інжекцію, щоб при роний пасивний каплер), виконаний з можливістю зумних економічних витратах домогтися прийнятз'єднання з розподільним щитом. Основним недоної потужності цифрового сигналу по всій електроліком відомого способу є значна далекість кінцерозподільній мережі будинку. Відповідно до вих користувачів від місця інжекції цифрового сигвинаходу ця задача вирішується через ознаки неналу (електророзподільний щит). У залежного пункту формули винаходу. Відповідні багатоповерхових будинках із шинною топологією кращі форми подальшого розвитку винаходу є електромережі цей недолік знову обумовлює низьпредметом залежних пунктів формули винаходу. ку швидкість і надійність передачі цифрових даВизначимо точніше деяку термінологію для ціних, неможливість повного охоплення приміщень лей подальшого викладу. Електричною шиною в PLT-сигналом необхідної потужності. галузі техніки називають розподільний кабель, Необхідно знову відзначити, що в РФ й інших проведений по будинку для підключення споживакраїнах характерною є шинна топологія електрочів до електроенергії. Вертикальна електрична розподільної мережі будинку. За такої топології по шина часто називається також стояком (електричбудинку пролягають електричні шини, а від них ним стояком). Від електричної шини відгалужуєтьвідгалужується проводка, що йде безпосередньо ся електрична проводка, що надходить у примідо приміщень. Наприклад, при вертикальному рощення будинку (наприклад, житлові приміщення зташуванні електричних шин відгалуження здійскімнати, квартири). Під інжекцією в даному описі й нюються на кожному поверсі. Тим самим відстань формулі винаходу розуміється підведення й/або від місця інжекції PLT-сигналу (електророзподільзняття сигналу із цифровими даними до й/або з ний щит у щитовій на першому поверсі або підваелектромережі. Тим самим інжекцією ми будемо льному приміщенні) до користувача містить у собі називати кожне з наступного: а) підведення сигнавідстань по електричній шині до відповідного полу із цифровими даними до електромережі, б) верху й далі довжина електричної проводки від зняття сигналу із цифровими даними з електромешини до місця підключення електричного прирежі, в) підведення сигналу із цифровими даними строю користувача до електромережі (до електридо електромережі й зняття сигналу із цифровими чної розетки). Ясно, що в багатоповерхових будиданими з електромережі. У літературі в даному нках ці відстані найчастіше становлять десятки значенні часто використовується англомовний метрів, а на таких відстанях PLT-сигнал сильно термін "injection". Трохи рідше знаходять застосузагасає. Фізичні основи даного явища полягають у вання синонімічні терміни "агрегування" (англ. тому, що енергоживні системи збірних шин з їх aggregation) і "сполучення" (англ. - coupling) у змісвисокими типовими струмами короткого замикання ті "агрегування/сполучення PLT-сигналу з електй дуже низькими повними опорами для високочасромережею". PLT-сигналом ми будемо називати тотних сигналів являють собою низькоомні мережі цифровий сигнал, певним чином підготовлений з великою кількістю розгалужень. У подібних медля передачі й прийому по електромережі. Про режах, на відміну від звичайних кабельних ліній, способи підготовки сигналів із цифровими даними цифрові сигнали сильно загасають уже на відстадо передачі й прийому по електромережі див., нях, порівнянних з величиною 10 метрів. наприклад, в (Bayliss C, Hardy В. Transmission and Крім того, необхідно враховувати, що на фунdistribution electrical engineering. Elsevier, 2006; кціонування гібридних мереж міжнародними станModern power station practice. Ed. British Electricity дартами (наприклад, Reg ТР NB 30 - International International, London, UK. Pergamon, 1991-1992, Electromechanical Commission (IEC), Comite Multi-volume book; Power line communication. From Europeen de Normalisation Electrotechnique Wikipedia, the free encyclopedia. (CENELEC), EN50065-1 1999 року), накладаються http://en.wikipedia.org/wiki/Power_line_communicatio істотні обмеження за рівнем випромінювання з n). 9 92285 10 Сутність винаходу полягає в тому, що інжекцію різних точок електричної шини може використовусигналу із цифровими даними в систему розподілу ватися коаксіальний кабель, що приєднується до електроживлення будинку для наступної передачі цифрової магістралі. даних по мережі енергопостачання за допомогою Цифрова магістраль, від якої виконується інтехнології PLT здійснюють у такий спосіб. Інжекцію жекція сигналу із цифровими даними в мережу цифрового сигналу в електророзподільну мережу електроживлення будинку, представлена кожним з будинку роблять із цифрової магістралі на електнаступного або будь-якою комбінацією з наступричну шину, що входить в електророзподільну них: а) провідною магістраллю, б) оптоволоконною мережу будинку, при цьому інжекція цифрового магістраллю, в) магістраллю, що використовує сигналу здійснюється не менш ніж у двох точках технології бездротового доступу на основі електданої електричної шини. Відстані між точками інромагнітних хвиль (наприклад, радіохвиль), г) інжекції сигналу можуть встановлюватися таким шою магістраллю високошвидкісної передачі цифчином, щоб забезпечити необхідну потужність сигрових даних. налу із цифровими даними по всій електророзпоІнжекція цифрового сигналу здійснюється при дільній мережі будинку, формованої від даної елецьому в будь-яку провідну електричну мережу. ктричної шини. Інжекція може здійснюватися в будь-який провід Цілі винаходу. Винахідницький задум, що статрифазної електричної мережі або будь-яку комбіновить основу пропонованого способу, спрямованацію проводів трифазної електричної мережі, ний на досягнення наступних основних цілей: наприклад, в а) провід першої фази, б) провід дру1. збільшення ступеня охоплення приміщень у гої фази, в) провід третьої фази, г) нульовий пробудинку цифровим сигналом з потужністю, достатвід, д) провід заземлення. Тим самим інжекція циньою для передачі цифрових даних, фрового сигналу здійснюється в мережу змінного 2. підвищення надійності передачі цифрових електричного струму низької або середньої напруданих за допомогою технології PLT у неоднорідги. Інжекція цифрового сигналу може також здійсному середовищі з більшою кількістю розгалужень, нюватися в мережу постійного електричного струякою є електророзподільна мережа будинків із му. шинною топологією організації електромережі, Відстані між точками інжекції цифрового сиг3. підвищення швидкості передачі цифрових налу встановлюють таким чином, щоб забезпечити даних для користувача по всій електророзподільнеобхідну потужність сигналу із цифровими даниній мережі будинку, формованої від даної електми по всій електророзподільній мережі будинку, ричної шини. формованої від даної електричної шини. Для цього Досягнення перерахованих цілей повинне завикористовують будь-який з наступних варіантів безпечуватися шляхом розумних витрат. реалізації даного винаходу: Здійснення винаходу. Спосіб здійснюють у та1. точки інжекції розподіляють по довжині елекий спосіб. При здійсненні телекомунікаційних техктричної шини рівномірно, нологій широкосмуговому обміну пакетами даних 2. амплітуду або потужність сигналу із цифропо електромережі відомими способами створюють вими даними, що інжектується, відслідковують по несучий сигнал для наступної передачі по електдовжині електричної шини, і в місці слабшання ромережі за допомогою технології PLT. При переамплітуди або потужності сигналу до рівня нижче дачі цифрових даних за допомогою технології PLT заданого роблять повторну інжекцію сигналу, використовується набір несучих частот (напри3. вимірюють величину - відношення ампліклад, у діапазоні 3-10 Мгц) і така схема підключентуди сигналу із цифровими даними після прохоня, що якщо на одній несучій є вгасання сигналу, дження по довжині електричної шини до амплітуди то передача даних компенсується іншими несучицифрового сигналу, що інжектується, потім визнами частотами. При цьому здійснюють необхідні чають розташування першої точки інжекції цифрооперації передачі/прийому даних по електромеревого сигналу за формулою жі й обробку цифрових даних апаратнопрограмними засобами групового й індивідуальноln 2 (1) го устаткування, застосовуваними в телекомунікаx1 L ln ційних технологіях високошвидкісного інформаційного обміну даними із сервісними функціями. де L - довжина електричної шини, а розташуДо будинку підводять цифрову магістраль, що вання другої точки інжекції цифрового сигналу несе сигнал із цифровими даними, що підлягають розраховують по формулі х2=L-x1; використання інжекції. Цифрові дані, що передаються, можуть даної формули дозволяє оптимізувати розташувключати дані зв'язку (дані Інтернет, відео-, аудіо-, вання двох точок інжекції на електричній шині. При голосові дані, інші дані), дані телеметрії (наприцьому кожній з кінців електричної шини приймаклад, цифрові дані по витратах води, газу, електється за початок лінійної одномірної системи корики, інших комунальних ресурсів), дані керування ординат, розташування точок інжекції x1 й x2 ви(цифрові дані, використовувані для керування значається стосовно даного кінця електричної пристроями в будинку й будинку з елементами шини. обліку) і/або інші типи цифрових даних. ПідведенМожливі також комбінації перерахованих варіня/зняття сигналу із цифровими даними (інжекцію антів здійснення даного винаходу. У кожному разі цифрового сигналу) у мережу електроживлення відстань між точками інжекції цифрового сигналу будинку роблять у двох або більшій кількості точок встановлюють таким чином, щоб воно було не мережі електроживлення будинку. Для рівномірноменш 2,5 метрів. Це робиться з метою ощадливого го розподілу й доставки цифрового сигналу до 11 92285 12 використання обмеженої потужності цифрового зько смугового доступу. При цьому широкосмугосигналу, що підводиться. вий доступ використовується, як правило, в обласПри використанні кожного з перерахованих ті телекомунікацій, а вузько смуговий - в області вище варіантів реалізації даного винаходу може телеметрії й керування. на додаток ураховуватися явище інтерференції. Розглянемо перераховані вище три варіанти Тоді при визначенні розташування точок інжекції реалізації даного винаходу докладніше. на електричній шині враховують довжини хвиль І. Рівномірний розподіл точок інжекції по довнесучих для того, щоб за рахунок хвильових власжині електричної шини тивостей цифрового сигналу, що інжектується, Після вибору мінімальної кількості точок інжезабезпечити його посилення або, принаймні, мінікції (не менш двох) точки інжекції розподіляють по мальне ослаблення. Для цього відстань між точдовжині кожної електричної шини рівномірно. Наками інжекції на електричній шині вибирають кратприклад, у випадку двохточкової інжекції точки ною довжині хвилі несучої. Для розрахунку інжекції розташовують на електричній шині таким відстані між точками інжекції може використовувачином, щоб відстані між ними й від кінців електритися кожне з наступних: а) мінімальна довжина чної шини були рівні L/3. Якщо інжекція виробляхвилі несучої, б) середня довжина хвилі несучої, в) ється в три точки, то відстані між ними й від кінців максимальна довжина хвилі несучої, г) характерна електричної шини повинні бути рівні L/4. При біль(наприклад, будь-яка примітна) довжина хвилі нешій кількості точок інжекції розрахунки вироблясучої, д) будь-яка інша довжина хвилі несучої. ються аналогічно. При використанні кожного з перерахованих У ряді випадків такого підходу виявляється довище варіантів реалізації даного винаходу може сить для оптимального розподілу PLT-сигналу по на додаток використовуватися ітеративний принелектророзподільній мережі будинку, формованої цип. Даний принцип полягає в тому, що спочатку від електричної шини, що інжектується. Якщо це на основі перерахованих вище варіантів реалізації не так, використовують інший варіант реалізації винаходу визначають координати розташування винаходу (див. нижче). точок інжекції в першому наближенні. Далі, якщо При здійсненні винаходу у випадку рівномірнонеобхідно, кожну із точок інжекції цифрового сигго розподілу точок інжекції по довжині електричної налу злегка зміщають (як правило, у межах повершини враховують, що при інжекції можлива інтерху) у довільному напрямку для того, щоб підвищиференція PLT-сигналу усередині електричної шити якість цифрового сигналу в електричних ни. Інтерференція цифрового сигналу виникає, розетках будинку, якими користуються підключені зокрема, за рахунок повторної інжекції в різних до послуги доступу користувачі. Тим самим забезточках електричної шини. Тому для вибору відстапечують уточнення розташування точок інжекції на ней між точками інжекції може знадобитися врахоелектричній шині будинку. вувати довжини хвиль складових несучого сигнаІнжекція здійснюється відомими методами лу. Інтерференція приводить до того, що при (наприклад, методами ємнісної або індуктивної підключенні наступної інжекції в деяких точках інжекції). Докладніше про інжекції див., наприклад, електричної мережі будинку потужність сигналу в (Bayliss С. Hardy В. Transmission and distribution стає нижче, ніж до її підключення. Крім того, кожне electrical engineering. Elsevier, 2006; Modern power підключення нової інжекції "забирає" частину поstation practice. Ed. British Electricity International, тужності цифрового сигналу, що підводиться (наLondon, UK. Pergamon, 1991-1992, Multi-volume приклад, з коаксіального кабелю), що зменшує book). потужність сигналу в інших точках інжекції. У реПри цьому вибирається мінімальна кількість зультаті потужність цифрового сигналу в окремих точок інжекції цифрового сигналу, що визначаєтьточках електричної мережі може виявитися нижче ся типом електричних шин у будинку і їхнім стаприпустимої. ном. Так, чим краще стан електричної шини, тим Тим самим інжекція виробляється таким чименша кількість точок інжекції потрібно. Аналогічном, щоб при використанні наявних апаратних і но, чим товще діаметр електричної шини й чим програмних засобів інтерференція не приводила рівномірніше в ній покладений кабель, тим менша до істотного погіршення сигналу. кількість точок інжекції необхідна для забезпечен2. Амплітуду або потужність сигналу із цифроня заданої потужності PLT-сигналу в приміщеннях вими даними, що інжектується, відслідковують по будинку. Мінімальна кількість точок інжекції цифдовжині електричної шини, у місці слабшання амрового сигналу залежить також від поверховості плітуди або потужності сигналу до рівня нижче будинку. При цьому кількість точок інжекції пропозаданого роблять повторну інжекцію цифрового рційна висоті будинку. На практиці достатньою сигналу виявляється одна інжекція на 3-6 поверхів. Сигнал інжекують у довільно обраній ділянці Важливо також урахувати, що в будинку є, як електричної шини (він звичайно вилучений від правило, більше однієї електричної шини (наприодного з кінців електричної шини на кілька метрів). клад, по одній на під'їзд). У такому випадку даний Далі відслідковують падіння амплітуди або потужспосіб при необхідності повторюють для кожної ності сигналу по довжині електричної шини. Це електричної шини. падіння в першому наближенні описується моноеСлід зазначити й найбільш кращі форми здійскспоненціальною кривою. У місці слабшання ампнення винаходу. Даний винахід може використовулітуди або потужності сигналу до рівня нижче заватися для підведення й зняття сигналу із цифроданого роблять повторну інжекцію цифрового вими даними в електророзподільну мережу сигналу, що дозволяє домогтися необхідного підбудинку в умовах надання широкосмугового й ву 13 92285 14 вищення амплітуди або потужності цифрового сигналу на видаленні від першої точки інжекції. x2=L-x1 (4) 3. Відстань між: точками інжекції визначають за спеціальною формулою, що дозволяє оптимізуТут x1 і x2 - координати розташування першої вати розташування точок інжекції по довжині елек(x1) і другої (x2) точок інжекції на електричній шині, тричної шини що інжектується, кожний з кінців якої приймається за початок координат. Спочатку вимірюють величину - відношення При використанні зазначених формул ампліамплітуди сигналу із цифровими даними після туду сигналу із цифровими даними, що інжектупроходження по довжині електричної шини до амється, визначають як кожне з наступного або будьплітуди цифрового сигналу, що інжектується. Розяку комбінацію з наступних: а) амплітуду цифроворахунок параметра може бути виконано, наприго сигналу, що інжектується, з фіксованою довжиклад, у такий спосіб. При одноточковій інжекції ною хвилі несучої, б) середню за спектром ампліцифрового сигналу вимірюють потужність PLTтуду цифрового сигналу, що інжектується, на сигналу (P1) на видаленні в кілька поверхів від обраному діапазоні довжин хвиль несучих, в) інтеточки інжекції. Далі визначають співвідношення гральну амплітуду цифрового сигналу, що інжектуР1/Р0 (менше одиниці), де Р0 - потужність PLTється, на обраному діапазоні довжин хвиль несусигналу в точці інжекції. Розраховують корінь квачих, г) амплітуду визначають будь-яким іншим дратний зі співвідношення Р1/Р0. Визначають, яку способом. Аналогічно потужність сигналу із цифчастку довжини стояка (L) займає відстань між ровими даними, що інжектується, визначають як точкою інжекції й точкою, де вимірялася Р1, тобто кожне з наступного або будь-яку комбінацію з нарозраховують співвідношення z=L/l, де L - довжина ступних: а) потужність цифрового сигналу, що інстояка, а l - відстань між точкою інжекції й точкою, жектується, з фіксованою довжиною хвилі несучої, де вимірялася Ρ1. Якщо, наприклад, падіння поту6) середню за спектром потужність цифрового жності сигналу оцінювалося на відстані, рівній тресигналу, що інжектується, на обраному діапазоні тині довжини стояка, то z=3. Після цього розраходовжин хвиль несучих, в) інтегральну потужність вують параметр як цифрового сигналу, що інжектується, на обраному діапазоні довжин хвиль несучих, г) потужність виz P1 значають будь-яким іншим способом. (2) Використання наведених формул дозволяє P0 оптимізувати розташування двох точок інжекції на електричній шині. Вивід формул надано в Додатку. Докладніше про визначення величини див. у У завершення даного розділу опису необхідно Додатку. відзначити, що точкою підключення споживача до Звернемо увагу на те, що в наведеному прикелектроенергії є кожна з наступних або будь-яка ладі розрахунку величини використовується не комбінація з наступних: а) електрична розетка, б) амплітуда, а потужність цифрового сигналу, що роз'їм, в) клема, г) інший з'єднувальний пристрій. інжектується. Тут є відношенням кореня квадраВідомості, що підтверджують можливість здійтного з потужності сигналу із цифровими даними снення винаходу після проходження по довжині електричної шини Пропонованим способом була здійснена інжедо кореня квадратного потужності сигналу із цифкція цифрового сигналу в житловий 12-поверховий ровими даними, що інжектується, що випливає з будинок, розташований у м. Москві. Інжекція здійсоснов електродинаміки. Якщо використовуються нювалася від високошвидкісної цифрової магістдані по амплітуді цифрового сигналу, то формула ралі за допомогою коаксіального кабелю в три (2) аналогічним чином матиме вигляд: фази силової мережі. Для інжекції використовувалися ємнісні каплери. Виміри потужності цифровоz го сигналу проводили спектром-аналізатором A1 "Propower-5" виробництва іспанської фірми A0 "Promax Electronica, S.A.". Інжекція цифрового сигналу виконувалась: а) в одну точку однієї електричної шипи (на рівні 6-го де А0 - амплітуда PLT-сигналу в точці інжекції; поверху), б) у дві точки однієї електричної шини Α1 - амплітуда PLT-сигналу на обраному відбудинку, розташовані на рівні 1-го й 12-го поверхів даленні від точки інжекції. будинку. Крім того, для порівняння із прототипом У ряді випадків можливим виявляється вико(Crenshaw R.E., Grimes D.W., Larson P.L. Method ристання раніше отриманих даних про величину . and apparatus for attaching power line Потім визначають координату розташування communications to customer premises, заявка WO першої точки інжекції цифрового сигналу за фор2004/017621 A1. Індекс МПК7 Н04М11/04. дата мулою пріоритету 16.08.2002. дата публікації 26.02.2004)) інжекція цифрового сигналу виконувалась в щитоln 2 ву (ввідно-розподільчий пристрій). (3) x1 L ln При виборі рівнів розташування точок інжекції цифрового сигналу (1-ий 12-й поверхи) грунтувалися на розрахунках, зроблених по формулах (3) і де L - довжина електричної шини. Координату (4) для визначення координат оптимального розрозташування другої точки інжекції цифрового ташування двох точок інжекції цифрового сигналу сигналу розраховують за формулою 15 92285 16 по довжині електричної шини. При цьому враховурефераті - може бути й при необхідності буде вали, що довжина електричної шини в даному бувключено у формулу даного винаходу. Останнє динку становить приблизно 38 метрів, а величина речення варто розцінювати як вказівка на необхідність включення у формулу винаходу ознак винаприймалася на підставі попередніх вимірів як ходу, наведених у перерахованих розділах опису й близька до 0,8. Для даної величини координати рефераті. х1 і х2, що визначаються за формулами (3) і (4), Подяки. Автори винаходу вважають своїм пристановлять приблизно 1 й 37 метрів, що відповідає ємним обов'язком виразити щиру вдячність Кора1-му й 12-му поверхам обраного будинку. бельщикову Роману Володимировичу, керівникові У результаті фактичних вимірів була отримана PLC-лабораторії ЗАТ "Елeктро-Ком" і Свиридову наступні дані (Фіг. 1). Середня потужність цифроІвану Миколайовичу, директорові департаменту вого сигналу при двохточковій інжекції на всьому розвитку мережі ЗАТ "Елeктро-Ком", що надали протязі електричної шини була не менше -48 необхідну технічну допомогу у виконанні вимірів і дб/Гц, характерна величина цього показника стаперевірці в реальних умовах можливості виконанновила біля -40 дб/Гц, відзначалася рівномірність ня даного винаходу. розподілу потужності сигналу по довжині електриДодаток чної шини. Було встановлено, що гранична велиВивід формул оптимального розташування точина середньої потужності сигналу, необхідна для чок інжекції PLT-сигналу передачі цифрових даних, становить -50 дб/Гц. Система інжекції сигналу із цифровими даниОтже, даний спосіб дозволяє досягти заявлений ми усередині будинку складається із двох компотехнічний результат. нентів - електричної шини й відведення від неї в При одноточковій інжекції на рівні 6-го поверху напрямку приміщень (наприклад, квартир). Зменрозподіл по довжині електричної шини було значшення амплітуди силового компонента фазного но менш рівномірним: потужність сигналу на рівні струму V1(t) по довжині електричної шини малоісінжекції виявлялося досить високою, однак по кратотне. У той же час амплітуда високочастотного ях електричної шини (нижче 3-го й вище 10-го поPLT-сигналу, що інжектується у фазний струм, верхів) була нижче припустимої. Це приводить до V2(t), загасає більш відчутно при проходженні по висновку про неможливість забезпечити за допоелектропроводці, і це загасання підкоряється ексмогою одноточкової інжекції необхідну якість цифпонентному закону зі швидкістю загасання, що рового сигналу на нижніх і верхніх поверхах під'їззалежить від несучої частоти, Η. ду. Якщо в точці підключення до електричної шиПри інжекції сигналу на рівні щитової, як це ни амплітуда V2(t) дорівнює Ас, то в розетці (або пропонується авторами способу-прототипу, потуіншій точці приєднання), підключеної до шини по жність цифрового сигналу практично на всьому внутрішньоквартирній лінії довжиною l, вона буде протязі електричної шини виявляється недостатстановити ньою для надійної передачі даних. Необхідно відзначити випадковий викид потужності сигналу на рівні 11-го поверху. Розташування даного викиду Ace l н . непередбачене й може мінятися із часом, що, як видно, пов'язане з термінальною інтерференцією У даному виразі константа є швидкістю загаPLT-сигналу. Тому наявність випадкового сплеску сання PLT-сигналу в межах внутрішньоквартирнопотужності цифрового сигналу на рівні 11-го повего розведення. рху не дозволяє казати про можливості викорисРозглянемо вертикальну електричну шину дотання прототипного способу для надійної передачі вжини L і пов'язану з нею систему координат, так цифрових даних. що точка з координатою x перебуває на відстані x Тим самим, інжекція цифрового сигналу заяввід одного з кінців (наприклад, верхнього) шини. леним способом дозволила домогтися значно Константа відповідає швидкості загасання при більш високої якості PLT-сигналу в порівнянні із проходженні PLT-сигналу розглянутої несучої часпрототипом, непорівняно більшого охоплення тоти по електричній шині. (Ясно, що характер розприміщень сигналом з потужністю, достатньою для ташування шини може бути будь-яким: вертикальнадійної й швидкої передачі цифрових даних. ним, горизонтальним або похилим. У цьому У завершення відзначимо, що наведений привипадку один з кінців електричної шини приймаклад не вичерпує всі можливості інжекції сигналу із ється за початок координат (координату x=0), від цифровими даними в електричну мережу. Фахівякого відраховують координати розташування тоцями можуть бути знайдені модифікації даного чок інжекції цифрового сигналу). винаходу, що не виходять за рамки прикладених Тоді якщо сигнал з амплітудою А подається на пунктів формули винаходу або еквівалентних їм електричну шину через точку з координатою х, а положень. При знаходженні таких модифікацій внутрішньоквартирне розведення - через точку з зміни сутності заявленого винаходу не відбуваєтькоординатою y, то на рівні електричної розетки ся. високочастотний сигнал буде мати амплітуду Кожне з положень (у тому числі кваліфікованих як ознаки даного винаходу), наведених у кожl x y н ному з наступних: 1) у розділі опису "Галузь застоAe . сування винаходу", 2) у розділі опису "Рівень техніки", 3) у розділі опису "Сутність винаходу", 4) Оскільки величина падіння амплітуди PLTу розділі опису "Відомості, що підтверджують можсигналу під час проходження по внутрішньокварливість здійснення винаходу", 5) у Додатку, б) у 17 92285 18 тирному розведенню не залежить від того, яким способом виконується інжекція сигналу на електне залежить від координати х, а для чисельниричній шині (для заданої довжини l) і не залежить ка максимум мінімального значення потужності від схеми підключення електричної шини до цифсигналу при x=L/2. Для оптимального одноточкорової магістралі, то далі на цей член особливої вого підключення максимальне падіння амплітуди уваги звертати не будемо. високочастотного сигналу дорівнює e l н 2 , або Якщо є підключення електричної шини до ци. Отже, при одноточковій інжекції точка інf фрової магістралі через n точок з координатами xk жекції PLT-сигналу повинна розташовуватися поі всі підключення мають однакову амплітуду PLTсередині електричної шини. сигналу, рівну А, то в точці з координатою y амплі2. Рішення вищеописаної задачі оптимізації туда PLT-сигналу дорівнюватиме для двохточкової інжекції Розглянемо n xk y н . A e k 1 x1, x 2 Оскільки в жодній точці електричної шини амплітуда PLT-сигналу не повинна бути більше деякої максимальної величини Аmах, то задачі вибору найкращих точок підключення хk при їхній заданій кількості n можна сформулювати так: потрібно знайти такий набір координат точок підключення хk щоб відношення n f xk min y 0,L e н max y 0,L k 1 e xk y max e досягається в то y 0,L чці x=у, то знаменник виразу n f xk min y 0,L e k 1 xk y x1 x1 d x2 e n y 0,L e k 1 н н x1 x1 d e e н , xk y x1 d x2 x1 d н . Отже, максимальне значення функції x1 y e н x2 y e н досягається в точці у [х1,х2], і можна шукати максимум функції hy x1 y e x2 y e н н на цьому відрізку. Тоді dh dy н x1 y e н н x2 y e н і рівність нулю похідної досягається при 0 н x1 y e н н e x2 y н , звідки e x1 y н y=(x1+x2)/2. x2 y e н , Оскільки в цій точці друга похідна d2h dy 2 max . тоді як шини довжиною L/z, тo z z . Звідси = zz. Оскільки функції f й g є гладкими, то їхні екстремуми можуть бути або в тих точках, у яких похідна дорівнює нулю, або на границях ділянки хk [0,L]. Нижче буде вирішуватися задача оптимізації відношення максимальної й мінімальної амплітуди сигналу. При цьому якщо оптимізується відношення по будь-якій монотонній функції (наприклад, по експоненті, по логарифмічній функції або будь-якій іншій), то оптимальні точки інжекції будуть розташовуватися на шині там же. 1. Рішення задачі оптимізації для одноточкової інжекції Оскільки н Без обмеження спільності будемо вважати х1 х2 (тут х2 - та точка інжекції, що розташовується далі від початку електричної шини). Уведемо змінну d, таку що d>0. Тоді k 1 літуди більш відчутними, припустимо e l н. Тут - падіння амплітуди PLT-сигналу із заданою частотою при проходженні по довжині електричної шини (