وقد أتاحت نظم الاتصالات على خط الكهرباء منذ وقت طويل حلا عمليا لنقل البيانات عن طريق إعادة استخدام الأسلاك الكهربائية الموجودة، ونظرا لأن الطلب على الاتصالات الموثوقة والمرتفعة السرعة على خطوط الكهرباء ينمو - وخاصة في الشبكات الذكية وشبكة الإنترنت للأشياء - أصبح دور تقنيات الطيف الموزعة بالغ الأهمية، فنشر الإشارة عبر نطاق واسع، فإن هذه الأساليب تؤدي إلى زيادة المقاومة لضغوط الطاقة الكهربائية الشديدة المتأصلة في خط القوى.

فهم أساسيات الاتصالات في خط السلطة

وترسل الاتصالات عبر خط الكهرباء بيانات عن طريق الإفراط في توجيه إشارة ناقلات معادلة إلى أسلاك كهربائية موحدة، وعلى عكس الكابلات المخصصة للبيانات، فإن خطوط الكهرباء مصممة لتوزيع الكهرباء على ٥٠/٦٠ هرتز، وليس الاتصالات ذات التردد العالي، وهي تمثل قناة صعبة: الازدهار غير المتوقع، والتشويه التسارعي للتردد، والضوضاء الدافعة من الأجهزة، والتدخل المستمر من أجهزة أخرى )٣ كيلو متر مربع(

ما هو "سبيريد سبكتروم" للتكنولوجيا؟

طيف العجلات هو تقنية نقل التي توزع طاقة الإشارة على نطاق أوسع بكثير من الحد الأدنى المطلوب لإرسال المعلومات، والتي تم تطويرها أصلاً من أجل الاتصالات العسكرية الآمنة (التي تبثها هيدي لامار وجورج أنتيل خلال الحرب العالمية الثانية) النهج يوفر حصانة متأصلة لتدخل ضيق النطاق ويجعل الكشف والتشويش صعباً، حيث تُعد القناة بواسطة الضوضاء الضيقة وتقنية التردد.

مباشرة (Squence Spread Spectrum)

وجهاز الـ "دي إس" يضاعف كل بيانات من خلال رمز عالي الجودة للـ "الـ "تسلسل الـ "الـ "تسلسل الـ "تسلسل الـ "تـمـا" قبل الـ "الـعـازل"

Sectrum (FHSS)

ويُنقل هذا النظام بسرعة إلى تواتر الناقل بين قنوات عديدة وفقاً لتسلسل التلقين والشحنات المعروفة لدى كل من جهازي النقل والمستقبل، ويُعتبر كل نقل للبيانات نطاق ضيق زمنياً، ولكن مع مرور الوقت، فإن نظامي الطاقة الموزعين عبر طيف واسع، في مركز العمليات الهيدروغرافية، يمكن أن يتجنب الضوضاء الضيقة المستمرة عن طريق القفز إلى قناة واضحة، كما أنه يوفر تعايشاً جيداً مع نظم أخرى من نظام PLC لأن المتزامنات أقل احتمالاً.

شعبة الترددات الشرقية - تقنية ذات صلة

وعلى الرغم من أن أسلوب الطيف التقليدي لا يُستخدم في هذا المجال، فإن المكتب يناقش في كثير من الأحيان إلى جانب نطاق واسع بالنسبة لحزب العمال الكردي. ويقسم المكتب القناة إلى العديد من الناقلات الاورثية، ويُعد كل منها معدلا منخفضا للبيانات، ويُعتبر أن البيانات المتطورة على نطاق واسع تُنقل إلى مقدمي الطلبات الذين يُنظر إليهم على أساس الإشارة إلى الأرقام، ويتجنبون الذين يعانون من انحرافات عميقة أو تدخلات، ويحقق المكتب قوة مماثلة في بعض الأحيان لنشرها.

الفوائد الرئيسية لسبيتر سبيكتروم في نظم لجنة القانون الدولي

وينتج إدماج تقنيات الطيف الممتد في القانون الجنائي المتعدد التخصصات مزايا قابلة للقياس الكمي متعددة تعالج بشكل مباشر العاهات الجوهرية لقنوات خط الطاقة.

الرفض بالتدخلات المباشرة

أكثر فائدة وضوحاً هي القدرة على التدخل في النطاق الضيقة لأن طاقة الإشارة المنتشرة موزعة على نطاق واسع، التداخل الضيق يمكن أن يفسد جزء صغير من الإشارة الإجمالية،

تحسين الأمن والخصوصية

ويبدو أن إشارات الطيف المُنتشرة تشبه الضوضاء لكل شخص لا يعرف الرمز المُنتشر، وهذا الاحتمال المتدني المتأصل للاعتراض يجعل من الصعب على المُتنصّفين اكتشاف البيانات أو خفضها دون إذن، وفي حين أن بيانات لجنة القانون الدولي تقتصر مادياً على خط الكهرباء، فإن الإشارات يمكن أن تشع وتلتقط بشكل خاص على أسلاك غير مُربوطة.

تعزيز التسامح المتعدد التعاطف

وتخلق خطوط الطاقة انعكاسات متعددة للإشارة بسبب عدم ملاءمة المعالم، والتفرع، واختلاف الحمولات، وتتسبب هذه الأفكار في تدخلات بين النظم، ويمكن لنظم الطيف، ولا سيما نظام خدمات الدعم والخدمات الاجتماعية، وأجهزة استقبال راك، أن تجمع الطاقة من مسارات متعددة بصورة بناءة، وأن تحول التعددية إلى مكسب تنوعي، كما أن اتساع نطاق الإشارات المنتشرة يسوي مسارات مع تأخيرات صغيرة، مما يتيح للمتلقية استغلال الاتصالات الأكثر تعقيدا.

التعايش وتقاسم الحشرات

وفي البيئات التي توجد بها أجهزة متعددة من أجهزة لجنة القانون الدولي (أو غيرها من الخدمات التي تتقاسم نفس النطاق الترددي)، يقلل نطاق الانتشار من التدخل المتبادل.() ويتيح هذا النظام للمستعملين المتعددين تقاسم الطيف نفسه مع الحد الأدنى من الاصطدامات إذا استخدمت رموز التذبذب أو المنخفضة.() وتدمج معايير G.hn و HomePlug آليات للتكييف عن طريق القنوات والتشكيلات الطيفية، ولكن شبكات القرب الأساسية تعمل على نحو التقريب.

التحديات والنظرات العملية

ورغم مزاياه الواضحة، فإن تنفيذ طيف الانتشار في لجنة القانون الدولي ليس بدون مبادلات يجب على المهندسين أن يتدبروا أمرهم بعناية.

زيادة التعقيد والتكلفة

وتحتاج أجهزة استقبال الطيفات المتسربة إلى التزامن دقيق مع الرمز الموزع وتواتر الناقلات، وتطالب دائرة خدمات الدعم الميداني بالربط الرقمي السريع أو مرشحات متطابقة، وكثيرا ما تنفذ في نظم قياس الاستهلاك أو في نظم إدارة الدعم الميداني ذات الأداء العالي، وتحتاج أجهزة الاصطناعي ذات الترددات السريعة وترسيب رقائق الوصل، وتزيد هذه المكونات من المساحة الغذائية، واستهلاك الطاقة، وتكلفة أجهزة تصنيع البرمجيات البرمجيات المضغوطة.

كفاءة الضمادات ضد السطو

فنشر الإشارة في جوهره يقلل من الكفاءة الطيفية: فأكثر من النطاق الترددي يستهلك كل جزء من المعلومات، وبالنسبة لسلسلة معينة من النطاق الترددي، فإن نظام الطيف الممتد سيكون أقل من نظام ضيق النطاق يستخدم نفس الطيف، وفي مركز التجارة الدولية، حيث يكون مجموع الطيف المتاح محدوداً (وبخاصة في تطبيقات ضيقة النطاق مثل النطاق الترددي للشبكة: 3-148.5 كيلو متر مربع)

القيود التنظيمية

فخطوط الطاقة هي وسيلة منظمة، ففي أوروبا، يقيد المركز الوطني للكهرباء في منطقة الطول 50065 مستويات الإشارات المرسلة في النطاق الضيقة لتجنب التدخل في الخدمات الأخرى، ويجب أن يمتثل النطاق العريض لمركبات PLC في الولايات المتحدة لقواعد الجماعة المالية الأوروبية 15 التي تحد من الانبعاثات المشععة، كما أن إشارات الطيف، حسب الطبيعة، لها كثافة عرضية أقل من حيث الطاقة، لأن نسبة التراكم أعلى من النطاقات.

التسلسل فوق الأنفاذ

إن الضوضاء الدافعة إلى خط القوى - من بداية السيارات، أو الديدان الخفيفة، أو أجهزة شحن الأشعة السينية - يمكن أن تكون قوية جدا (حتى عدة فولتات) ولكنها قصيرة المدة (100 ميكروغرام) وتحتاج نظم الطيف الخفيفة إلى اقتناء وتتبع خوارزميات قوية يمكنها تحمل هذه الطلقات دون فقدان القفل، وإذا ما فسدت عبوة أو ديباجة متزامنة نتيجة لإصابة بز، فإن الإطار الكامل قد يضيع.

Spread Spectrum in Modern PLC Standards and Applications

وتندرج تقنيات الطيف المتفرقة، سواء صراحة أو بروح، في المعايير الرئيسية للجنة القانون الدولي المنشورة اليوم.

HomePlug (Powerline Alliance)

استخدام جهاز التليفزيون الوطني للمركبات من طراز HV وAV2 باستخدام نظام التكييف حتى 4096-QAM، مع عدم انتشاره بدقة، فإنها تستخدم ديباجة قوية مع انتشار الطيف (عن طريق رموز التكرار) للتمكين من الكشف الموثوق به حتى تحت الضوضاء الشديدة.

G.hn (ITU-T G.9960)

G.hn هو معيار تليفزيوني موحد يغطي خطوط الهاتف والكوساكس وخطوط الطاقة، ويستخدم هذا النظام خريطة للنبرة المرنة ويضم طريقة قوية منخفضة الجودة (تسمى طريقة " RBO " ) تجمع بين التكتل والتكرار في جميع أجهزة النقل الفرعية، وهذا الأسلوب أساسي لتقدير القنوات الأولية ولرسائل التحكم التي يجب تلقيها أيضا تحت أسوأ التقنيات الاختيارية لأجهزة التصوير بالرأس.

PRIME and G3-PLC (Narrowband PLC for Smart Meters)

وهذه المعايير تعمل في إطار النطاق 42 إلى 90 كيلوهرتز أو 10-490 كيلوهرتز (G3-PLC).() بيد أن كلاً من استخدامات الـ دي 3 - كينيدي في إطارات قوية (منقوعة) للرقابة والمناارة، ويستخدم نظام " بيم " (DBPSK) في شكل مزيل للحصانة، ولكنه يشمل التدمير الملتفي والتداخل؛ غير أن كلاهما يستفيدان من التنوع التواتري المتأصل في إطار " DDM " .

مركبة كهربائية (EV)

ويتزايد استخدام هذه المركبات في الاتصال بالرقابة بين أجهزة الشحن والمركبات (ISO 15118, DIN 70121). والعلامات من من مناشف التراكب واستبدال إمدادات الطاقة شديدة، وتقنيات الطيف (التي تتسم تحديداً بقوة استخدامات إدارة المركبات) تكفل إمكانية تبادل إشارات التحكم بصورة موثوقة حتى في الوقت الذي تتدفق فيه الطاقة، وكثيراً ما يستخدم معيار " هوبوغ غرين PHY " ، مع طلب القدرة العملية على الاختيار في ديباجتها.

توجيهات المستقبل: مقطع عنق الرحم

ومع تزايد تطور نظم لجان التنسيق المحلية، بدأت نُهج الجيل القادم من الطيف تنتشر.

مصنع القراء التناسبي

وبدلا من استخدام عامل انتشار ثابت، يمكن للنظم أن تعدله ديناميا على أساس جودة القناة، وعندما تكون الضوضاء منخفضة، يخفض عامل الانتشار ليزيد معدل البيانات؛ وعندما يكون التدخل مرتفعا، ينشر زيادات للحفاظ على موثوقية الوصلة، وهذا ما يعادل تكييف النظام في نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل.

Spectrum المعرفي

ويمكن أن تُحسّ نُظم الوصلات المعرفية للشركة بخطوط الكهرباء، وتحديد الفرق المحجوزة أو الضئيلة، والانتشار النشط فقط على الجزء النظيف من الفرقة، وهذا يتجاوز نطاق الخدمة الميدانية، وذلك باستخدام نمط انتشار دينامي يتفادى التدخل في الوقت الذي يُستخدم فيه النطاق الترددي إلى أقصى حد، وقد أظهرت النماذج الأولية للبحوث تحسينات كبيرة في معدلات البيانات القابلة للتحقيق (ما يصل إلى 50 في المائة) مقارنة بالانتشار الثابت في الشبكات الذكية الكثيفة.

MIMO and Space-Time Spreading

ويمكن استخدام تقنيات المنظمة البحرية الدولية التي تستخدم أسلاك متعددة في كابل خط الطاقة (مثلاً، الساخنة والمحايدة، الأرضية)، وتنشر رموز الكتلة الفضائية (مثل (ألاموتوي) الإشارة عبر الزمن والبعد المكاني، وتوفر مكاسب التنوع، ويمكن أن يوفر هذا، بالاقتران مع انتشار الترددات، وصلات قوية للغاية للبنية التحتية الحيوية.

خاتمة

وقد ثبت أن تكنولوجيا الطيف المبسطة تشكل حجر الزاوية في الاتصالات الموثوقة لخط الطاقة، وتحويل إحدى قنوات الاتصال الأكثر عدائية إلى وسيط قابل للتطبيق سواء في شبكات البيوت ذات السرعة العالية أو في شبكات ذكية منخفضة، ومن خلال الكفاءة الطيفية للتجارة في الحصانة، واتساع نطاق النطاقات التي تنفذ بوصفها نظم خدمات الدعم الميداني، أو في مجال الدعم الميداني، أو في إطار نماذج القدرة على التنقل ذات النطاقات العالية، مما يؤدي إلى تكيف نظم القدرة على الانتقال.

For further reading on PLC standards and spread spectrum applications, see the ] ITU-T G.hn recommendation and the HomePlug Alliance website. A comprehensive overview of spread spectrum theory is provided by TF