Powerline Communication (PLC)

"Internet aus der Steckdose"


Bei der Powerline Communication nutzt man das herkömmliche 50 Hz-Stromversorgungsnetz mittels der Übertragung zusätzlicher hochfrequenter Signale für eine Datenkommunikation, z. B. für den Internetzugang. Auf diese Weise kann das ohnehin vorhandene Leitungsnetz kostengünstig für solche Zwecke mitbenutzt werden, ohne neue Datenleitungen verlegen zu müssen.

Die Übertragung von Steuer- oder anderen Signalen über das Stromversorgungsnetz ist vom Prinzip her nichts Neues, sie wird schon seit vielen Jahren von den Elektrizitätsunternehmen z. B. zur Steuerung von Elektro-Nachtspeicheröfen verwendet, auch gibt es für den Haushalt damit arbeitende Sprechanlagen oder Babyphones. Diese Signale der "klassischen" Verfahren sind im niederfrequenten Bereich unterhalb von etwa 150 KHz angesiedelt, bei PLC hingegen wird der Frequenzbereich darüber, bis 30 MHz ausgenutzt.
 

PLC: Top oder Flop?

Bei der Powerline Communication muss man unterscheiden, ob diese für eine rein hausinterne Datenkommunikation verwendet wird (Inhome-PLC), oder zur Anbindung an ein externes Datennetz.
In Deutschland sind die meisten PLC-Projekte zur Anbindung an externe Datennetze zwischenzeitlich gescheitert, was auch mit dem zunehmenden Erfolg von DSL zusammenhängt. Da jedoch DSL auf absehbare Zeit besonders in ländlichen Gebieten nicht flächendeckend angeboten werden wird, werden bei dem zunehmenden Wunsch nach breitbandigen Netzzugängen hier jedoch noch Erfolgschancen für PLC als Alternative gesehen.

 

Technik

Bei der Powerline-Technologie zur Anbindung an externe Datennetze gibt es je nach Hersteller verschiedene Verfahren, die jedoch alle nach demselben Grundprinzip arbeiten: In einer Trafostation oder einem Gebietsverteiler des Stromversorgers sitzt eine Geräteeinheit, welche die von einem "normalen" Kommunikationsnetz (wie etwa einer Glasfaserleitung) kommenden Datensignale auf einen Hochfrequenzträger moduliert und diesen der Stromversorgungsleitung hinzufügt. Beim Teilnehmer wiederum sitzt z. B. beim Zählerkasten ein Gegenstück dazu, welches von der Stromversorgungsleitung diesen Hochfrequenzträger herausfiltert, weiterverarbeitet und die Datensignale in eine hauseigene Datenleitung einspeist.
Als maximale Entfernung zwischen diesen beiden Geräten kann man etwa 500 Meter annehmen.

Bei der Inhome-Nutzung von PLC werden die entsprechenden Geräte wie ein Modem statt an die Telefonleitung an die Steckdose angeschlossen, um z. B. einen Internetzugang oder die Signale einer Alarmanlage im ganzen Haus zu verteilen. Es können Entfernungen bis zu 100 Metern überbrückt werden, wobei viele Steckdosen oder Verzweigungen die Reichweite verkürzen.

 
Mehr technische Details

Der Frequenzbereich für mögliche PLC-Anwendungen liegt zwischen 0 und 30 MHz. Die Frequenzen bis 50 kHz können jedoch nur schlecht genutzt werden, da der dort vorhandene Störpegel durch andere Geräte zu hoch ist. Außerdem ist es zweckmäßig, den Frequenzbereich des Rundfunks auszusparen (etwa 500 kHz bis 1,6 MHz).
Damit verbleiben zwei Bereiche: zwischen 50 und 500 kHz und von 1,6 MHz bis 30 MHz.
Im unteren Frequenzbereich sind nutzbare Datenraten bis 2,5 MBit/s zu erreichen, wogegen im oberen Frequenzbereich aktuell bis zu 14 MBit/s möglich sind (theoretisch bis zu 250 MBit/s).

Als Modulationsverfahren favorisieren die Hersteller neben CDMA vor allem das Mehrträgerverfahren OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), das sehr viele digital modulierte Trägerfrequenzen zusammenfasst, z. B. im Abstand von je 1 kHz. Durch eventuelle (schmalbandige) Störungen wird bei diesem Verfahren daher nicht das ganze Signal gestört, sondern nur einzelne Anteile, was durch entsprechende Fehlerkorrekturmechanismen gut ausgeglichen werden kann.

 

Störungen und Vorschriften

Durch die gemeinsame Nutzung der hochfrequenten PLC-Technologie mit niederfrequent arbeitenden Haushaltsstrom-Geräten auf einem ausgedehnten Leitungsnetz kann es zu Störungen vielfältiger Natur kommen. Zum einen erzeugen viele Stromverbraucher, wie etwa Dimmer oder Leuchtstoffröhren selbst hochfrequente Signale, welche die PLC-Technik stören können, zum anderen können die von den Leitungen (ungewollt) abgestrahlten PLC-Signale auf andere Funkempfänger einwirken und diese in ihrer Funktion beeinträchtigen.
Insbesonders die Amateurfunker betrachten diese Technik daher mit grosser Skepsis, da ihr überwiegend benutzer Frequenzbereich genau in den Bereich von PLC fällt und sie sich sowohl durch ihn beeinträchtigt, also regelrecht "gestört" fühlen, als auch dass sie mit ihren eigenen Sendern in Konflikt mit den in diesem Zusammenhang neu geschaffenen Vorschriften kommen können.

 
Die Nutzungsbestimmung 30 (NB 30) und die SchuTSEV

Zur Begrenzung der Abstrahlung von durch Telekommunikationseinrichtungen genutzten Leitungen (also auch PLC) wurde von der früheren RegTP (Heute: Bundesnetzagentur) die Nutzungsbestimmung 30 (NB 30) erstellt, welche zum 1. Juli 2001 in Kraft trat. Darin ist die Nutzung von Frequenzen zwischen 9 kHz und 30 MHz (ab 1. Juli 2003 bis 3 GHz) in und längs von Leitern, sowie maximale Störpegel definiert.
Die Grenzwerte der Störpegel in drei Metern Entfernung, welche mit einer vorgeschriebenen Messanordnung zu messen sind, sind in nachfolgender Tabelle dargestellt:

Frequenz [MHz]
Grenzwert der Störfeldstärke (Spitzenwert) in 3 m Abstand dB(µV/m)
0,009 - 1
40-20 *log10 (f/MHz)
>1 bis 30
40-8,8*log10 (f/MHz)
>30 - 1000
27 (entspricht der äquivalenten Strahlungsleistung von 20 dBpW)
>1000 - 3000
40 (entspricht der äquivalenten Strahlungsleistung von 33 dBpW)

Grenzwerte der Störpegel nach der NB 30 und SchuTSEV (siehe auch die Grafik weiter unten)
(Für breitbandige, digitale leitergebundene (Rundfunk-)Signale gelten teilweise geringere Grenzwerte)

Zum Verständnis der Grössenordnung: Eine Feldstärke von 27 dB(µV/m) entspricht 0,000022 V/m.

Diese NB 30 erntete jedoch seit ihrem Erscheinen von verschiedenen Seiten Kritik und sollte in 2003 durch eine Verordnung von zu Sicherheitszwecken verwendeten Empfangs- oder Sendefunkgeräten (VSiFunk) abgelöst werden. Die vorgeschriebenen Grenzwerte haben sich nämlich einerseits als zu niedrig für einen wirtschaftlichen und zuverlässigen PLC-Betrieb erwiesen, andererseits sind sie aber auch wieder so hoch, dass sie andere Funkdienste stören können. Aufgrund der Unvereinbarkeit der verschiedenen Interessen wurde im April 2003 diese VSiFunk jedoch aufgegeben, stattdessen wurde an einer neuen "Verordnung zum Schutz von öffentlichen Telekommunikationsnetzen und Sende- und Empfangsfunkanlagen, die in definierten Frequenzbereichen zu Sicherheitszwecken betrieben werden" (SchuTSEV) gearbeitet, welche für einige definierte Frequenzbereiche besondere Grenzwerte vorschreibt. Diese neue Verordnung trat im Mai 2009 in Kraft und löste damit die NB 30 ab.

Bezüglich eines internationalen Produktstandards zur Messung und Begrenzung der Emissionen von PLC-Geräten wird bei der "International Electrotechnical Commission" (IEC) gegenwärtig an dem neuen Dokument CISPR/I/257 gearbeitet, welches im Sommer 2008 im Entwurf vorlag und nach Abschluss in einen neuen Anhang des Standards CISPR 22 einfliessen soll.. Nach der Annahme dieses Normungsprojektes ist mit einer neuen Ausgabe der harmonisierten europäischen Norm EN 55022 zu rechnen, die dann eigene EMV-Anforderungen für PLC-Produkte enthalten wird.

 
Störstrahlungs-Messungen an PLC-Netzen

Bisher wurden bereits in verschiedenen Ländern Messungen der (unerwünschten) Störstrahlung von (Versuchs-)PLC-Netzen durchgeführt. Dabei wurden teilweise gravierende Überschreitungen der durch die NB 30 festgelegten Grenzwerte festgestellt. Einigen Versuchssystemen, welche diese einhielten, standen andere gegenüber, welche diese bis zum Faktor 10.000 (40 dB) überschritten, so bei Messungen der deutschen RegTP mit einem britischen Anbieter, dem dann konsequenterweise die Lizenz verweigert wurde.
Insgesamt scheint es schwierig zu sein, ein funktionstüchtiges PLC-Netz in Betrieb zu nehmen, das die Grenzwerte gemäß NB 30 auch wirklich einhält.

 

Biologische Wirkungen?

Bei der Anwendung von Powerline Communication entsteht nicht nur durch die angeschlossenen Geräte, sondern auch (und besonders) in der Umgebung der Stromversorgungsleitungen ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld. Kritisch ausgedrückt "strahlt" dadurch die gesamte Hausverkabelung und jede Steckdose, was natürlich auch die Frage nach eventuellen biologischen Wirkungen aufwirft.
Ein Blick auf die nach der NB 30 maximal zulässigen Störaussendungen durch PLC zeigt jedoch, dass diese im Vergleich zu den für "normale" Sendeanlagen in den meisten Ländern gültigen Grenzwerte nach den ICNIRP-Empfehlungen sehr gering sind:

Originalgrafik in der Funkschau Heft 4/2002 (siehe unten)

In dieser Grafik sind für die maximalen elektrischen Feldstärken neben den ICNIRP-Richtlinien (in blau) die Maximalwerte nach der Nutzungsbestimmung NB 30 (in rot) angegeben, welche für eine Entfernung von 3 Metern zur jeweiligen Leitung gelten. Zusätzlich sind in grüner Farbe die errechneten Maximalwerte für einen Abstand von 1cm eingezeichnet, welche immer noch um Grössenordnungen unterhalb der ICNIRP-Werte liegen.

Zieht man zum Vergleich den "Salzburger Vorsorgewert" von 1 mW/m² heran, so liegt bei PLC der Maximalwert in 1cm Abstand immer noch um fast den Faktor 4000 darunter (eine elektr. Feldstärke von 0,01 V/m entspricht einer Leistungsflussdichte von 0,00026 mW/m²). Daher ist die Gefahr biologischer Wirkungen bzw. gesundheitlicher Beeinträchtigungen durch PLC auch als entsprechend gering anzusehen.

Anmerkung: Die "offiziellen" Rechenvorschriften erlauben keine Umrechnung der durch die NB 30 für 3m Abstand vorgeschriebenen Maximalwerte auf eine Entfernung von 1cm. Die dafür oben angegebenen Werte sind daher alleine als ungefähre Angaben zur Veranschaulichung der Grössenordnung zu verstehen.

 

Mehr Information

Allgemeines

Powerline Communication
Eine 13-seitige technische Beschreibung (341 KB)
FAQ zu Powerline Communications (PLC)
Eine Informationssammlung des schweizerischen "Bundesamt für Kommunikation" (BAKOM)

 

Störungen durch PLC

PLC? Nein Danke!
Eine Informationsseite des Deutschen Amateur-Radio-Clubs e.V. (DARC).
Daten aus der Steckdose - Müll im Funk
Ein recht drastisch formulierter Artikel zu dem Störungen durch PLC (Telepolis vom Januar 2004)
Untersuchungen des schweizerischen Bundesamts für Kommunikation
Bei dieser Messkampagne in der Umgebung von Solothurn stellte das BAKOM teilweise erhebliche Überschreitungen der für PLC gültigen Grenzwerte fest. Von der englischen Ausgabe dieser Seite sind die umfangreichen Ergebnisse als Anhänge herunterzuladen, sie geben auch einen guten Einblick in die verschiedenen Grenzwertdefinitionen.
EMC: The Impact of Power Line Communications
Eine sehr ausführlicher, zweiteiliger Beitrag mit vielen Messergebnissen (Teil 2)

 

 

 
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Zuletzt geändert: 10.08.09