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翻訳: T.Sato
干渉が避けられないということは、学術的な分析では疑いなく証明できるが、 その問題の実証は、HS-PLC の配備が改善処置を行なうためには遅すぎる規模に達するまでは、 定義上困難である。 著者が知っている、累積的干渉現象の唯一の直接的な証明は、 1990年台のアナログ・コードレス電話で用いられていた周波数が、 北海の海上 HF 受信機で その周波数の使用を妨げるような強度の一連のノイズ・バンドとして はっきりと認識できたという逸話的な報告である。
DTI が EC ワークショップ [1] で示した、PLC の環境影響に対する UK の公式な立場は、 「多くの独立した調査が完了しているが、バリデーションの不備のため、 いかなる数学的モデルの適用も常に議論の対象となり、PLC の大規模な配備が 無線サービスに与え得る影響についての確固たる結論を出すことはできない」。 この記事で、これに関連する無線通信の基礎を簡単にレビューしよう。 「多くの独立した調査」のいくつかも現状に照らし合わせて議論し、 以前の推定の一部に対する小さいが決定的ではない調整を示唆する、 累積プロセスに対する新たな知見を加える。
市場の現状に照らし合わせて、DTI (今の BIS) が求めた 遅ればせのバリデーションが為されるまでにどの程度を要するであろうかを評価する。
この記事は、単一の HS-PLC 設備からの近傍での干渉、 あるいは問題報告プロセスの弱点、 あるいは問題報告と問題の大きさとの関係は議論しないことに注意されたい。 それらは、[2]、及び [3] で、Williams と Marshall によって良くカバーされている。
以下で議論するほとんど全ての作業が、30MHz 以下の周波数を参照している。 PLC をより高い周波数まで拡大しようという提案があり、 ここでは、Figure 2 に見ることができるかも知れないように、 現在の背景雑音レベルはさらに低い。
手短に言うと、経路のそれぞれの端のアンテナは、 それぞれの方向の「ゲイン」を決定する、異なる指向特性と抵抗性損失を持つ。 主電源配線の場合、そして今日の PLC で用いられている 3〜30MHzの周波数範囲においては、 送信「ゲイン」は実際には 20dB 程度の「損失」であるという、 ある程度の意見の一致がある [4][5][12][25] ―― つまり、主電源配線は与えられた差動モード無線周波電力の 1/100 程度を放射し、 その指向特性は平均的には方向にあまり依存しないものである。
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| Figure 1: 100mW 発生源 の信号強度の背景雑音との比較。
赤い背景は「商業」環境、橙は「住居」、緑は「田園地帯」、
そして青は「静かな田園地帯」 (10MHz における) に対応する。 |
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| Figure 2: 様々な環境での人工雑音レベル。
このデータは、半波長ダイポールと 9kHz の使用を仮定して、
ITU R372-9 の外部雑音の値から導かれた。
10MHz 以上では、銀河雑音がここで示した人工の「静かな田園地帯」のレベルよりも
5dB 程度高くなることに注意されたい。 |
障害物が何もない時のこの低下率は、 100mW 実効放射電力の発生源からの 1〜1,000km での信号強度を示す Figure 1 の黒い破線で示される。 青と橙の線は、イギリスの田園地帯を伝搬する それぞれ 3MHz と 30MHz の「地表波」信号の、より早い減衰を示す。 このチャートは ITU-R P368-9 に基づいているが、 意図的な送信ではなく背景雑音の状況を示すように 送信電力と電界強度をスケール・ダウンしている。
短距離については、建物がさらに大きな低下率さえ生じる； この分析とそのような計算で出会う落し穴の例については、 Scott の論文 [4] を参照されたい。
Figure 1 で、10MHz での既存の雑音レベルを示すために下側の背景に影が付けられている。 赤は商業地域、橙は住居地域、緑は田園地帯、青は静かな田園地帯。 有用な信号は、色の付いた背景で示された既存のものであれ、 青や橙の線で示される遠方の干渉源の受信に伴うものであれ、 該当する雑音レベルよりも高くなければならない。 影を付けた領域は、ITU-R P372-9 からのデータに基づく。 電界強度の単位への変換後の ITU のデータを示す Figure 2 のプロットで見られるように、 そのレベルは実際には周波数によって多少変動するので、そのエッジは近似に過ぎない。 このデータが集められてからレベルが上昇していると信じている人もいるが、 [27] の Annex O Slide 6 (246ページ) には、 ITU のデータよりも 5dB 程度低い UK の住宅地域での4つのプロットが示されている。 Figures 2 の橙の三角は、これも UK でのレベルが ITU の値よりもかなり下にあることを示唆する、 最近の UK の田園地帯における別のセットの測定結果を示す。
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| Figure 3: 無線波伝搬のジオメトリ (尺度不定)。
電離層反射は非常に低損失であり、これが 3〜30MHz の「HF」通信の
長距離通信における著しい重要性の原因である。 |
電離層と地面のあいだでの複数回の反射、 そして無線波の電離「ダクト」内での地球に沿った連続的なカーブもあり得る。 非常に限定されたリソースで、良い条件のもとでは 無線信号がノイズ・フロア以下に回復できない形で落ち込む前に 世界を3周することもあり得る。 だが、これらの電離層の影響は太陽の位置と黒点活動に従って変化し、 相当の統計的不確かさを持つ。
無線送信が有用となるためには、 受信位置に存在する雑音と干渉のレベルに打ち勝つのに充分に強くなければならない。 必要な信号対雑音比は変調方式に依存する。 ITU はこれについての勧告も出している。 要約すると、HF 振幅変調放送送信機のサービス・エリアは、ITU-R BS.560-4 で、 上の Figure 2 で図示した局所的な雑音レベルの上、 少なくとも 34dB のマージンの信号を送信機が与える地域として定義されている。 例えば追加の人工干渉によって局所的な雑音レベルが高くなったならば、 サービスのために必要な明瞭度と信頼性を維持するためには より大きな送信電力が必要となることを、以下で示す。
だが、それほど注意を引いていない、局所的な干渉の累積効果がある。 Radio Netherlands World-wide が作成した [7] は、 ヨーロッパと中東に 9.7MHz で 500kW を放射している オランダ放送送信機の聴取者の近くの PLT 設備の影響を調査している。 今日、そのような送信機は、単一の電離層反射で 東ドイツ、ポーランド、リトアニア、ヨーロッパロシア、カザフスタン、イラン、 サウジアラビア、エジプト、リビア、そしてサルデーニャをカバーする地域にサービスするだろう。 2回の電離層反射では、イエメンとオマーンにサービスするであろう。 だが、当時提案されていた NB30 限度 (現在のものよりも厳しい) に適合する PLT の これらの国々での広範な配備は、そのサービス・エリアを スロバキア、ハンガリー、そしてその近隣の一部に制限することだろう。 元のサービス・エリアを回復させるためには、 送信電力を 78MW に上げなければならなくなるだろう！ この良く議論された計算は、PLT を運ぶ近傍の主電源ケーブルから 1m しか離れていない、 伸縮式アンテナを持つ家庭用短波ラジオを仮定しているが、それがありそうな形である。
HS-PLC の使用の緩やかな増加の放送事業者に対する経済的な影響は、 次のように展望できるかも知れない。 最近の分析 [8] は、HF バンドでの世界の放送無線電力は 平均で一日当たり 2,666MWh と推定する。 HS-PLC の配備が、世界全体として考えると、 平均背景雑音が年に 0.5dB づつ増加するように緩やかに成長するだけと仮定する。 これは干渉電力の年に 12% の増加に等しい。 サービス・エリア内の信号対雑音比を (そして商業的な/政治的な生命を) 維持するためには、 短波放送事業者は干渉の成長に合わせるように より強力な送信機に投資しなければならなくなるだろう。 これらの追加が 85% の効率であると仮定すると、 電力の消費は 2666 × 365 × 0.012 / .85 = 137,300 MWh/年の率で増加するだろう。 これは、30,000台程の風力発電機に相当する発電設備を毎年設置することを必要とするだろう！ 世界での背景雑音の 0.5dB/年の増加という仮定が妥当であるという証拠は何があるだろうか？ 初期の推定はアクセス PLC に基づいていた。 「スマート・メータリング」への現在の関心が代替の大量市場を与えるかも知れないものの、 幸い、これは経済的に魅力的でないことが判明している。 最近の発展は屋内システムのものであり、ここでは楽観的な宣伝文句は不足していない。 UK においては、BT Vision サービスが多数の屋内システムを設置しており、 設置数を7倍に増やすことが計画されている [28]。
このプロジェクトは後の「今日の最悪条件の説明」の章で述べる。
50Ω 信号源は屋内配線に整合させられなかったが、 7.05MHz で最小 11dB の損失はその周波数では整合が良かったことを示唆する。 コモン・モードでの励起の補正のためにその値に 6dB を加えれば、 その結果はより最近の差動モードと良く一致する。
MHz 3.6 7.05 10.1 14.1 損失 (dB) 26 11 21 19
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| Figure 4: 屋内コンセントに対する平均空間波アンテナ「ゲイン」。
[5] からのデータ。
ASCOM Switzerland の H Widmer の好意による。
傾向線はこの著者による。 |
主電源配線の差動モード・インピーダンスは変動し、 それは HS-PLC モデムから配線への電力伝達を変動させる。 この変動は通常は「アンテナ・ゲイン」に含まれる。
放射できるコモン・モード電力への差動モード電力からの変換は、 近傍の無線受信への PLC の影響についての議論の重要な部分であるので、 ここ 15年にわたって辛辣な論争の的となってきた。 その文脈では、議論の一部は最悪条件と平均のいずれの変換係数が適切であるかに関係している。 だが、ここで議論する長距離での影響に関しては異論は存在し得ない： 我々は RMS 平均の係数に関心がある。 UK の「保護多重接地」配電システムは不平衡を増加させ、 従って他のほとんどの構成よりも大きな放射をもたらす筈である。 だが、この測定結果は公表されたことがない。
全ての著者は、これらの変数を「アンテナ・ゲイン」に押し込んでいる。
上で述べた「アンテナ・ゲイン」測定は、 公表された信頼できる唯一のデータ源であるように思われる。 Figure 4 と [25] と [5] で低い周波数で見られる顕著に低いゲインは重要な意味を持ち、 さらなる検証が必要である。
ドイツの NB30 規定は、 犯人の発射電力ではなく設備から 3m の距離での結果的な磁界強度を規定することにより、 賢明にもアンテナ・ゲインを同定する責任を PLC システムの所有者に転嫁している。 だが、そのような規定は PLC モデムとケーブル網の所有者が異なる時には 規制上の困難をもたらす ―― そして、意味のある測定を可能とするためには 3m は近すぎる。
すぐに、その標的に「スマート・メータリング」と ワイヤレス電力伝送を含めなければならなくなるかも知れない。
今日の UK での「屋内」PLC エミッションについての苦情の主な源は、 BT Vision 製品である。 この技術的特性とフィールドへの展開は、 この記事の後の「今日の最悪条件の説明」で述べ、分析する。 まず、以下での初期の調査のレビューの一部として、 それらの結論を今日の UK のエミッション・レベルにスケーリングするために これらの今日の値を用いることにする。
彼の結論は、大都市全体にわたって 3.5個/km2 の設備があり、 それぞれの設備が 10kHz 帯域幅当たり 500μW の差動モード電力を発生し、 0.01倍の配線アンテナ電力ゲインを持つアクセス PLC に基づいた。 これらの値は、配線当たり 101 dBμV の伝導性エミッション、 そして −20dB のアンテナゲインに相当する。 彼はこれが平方キロメートル当たり 17.5μW の実効等方性放射電力 (EIRP) に 相当するであろうと計算し、 そのようなシナリオの PLC からの地表波干渉から敏感な施設を保護するために 必要となるだろう禁止地域の表を示した。 空間波を介して結合する遠方の干渉から そのような施設を保護する手段はないことが書き留められていた。
「敏感な施設」が、その配備が電力会社のような単一の者の手のうちにある アクセス PLC から保護されるかも知れないことは考えられるが、 今日配備されている屋内 PLC のような消費者向け電子デバイスを どのような特定の地域から排除することも、政治的に、また法的に非常に困難であろう。
航空機通信は PLC からの干渉のリスクが特に高いものとして同定された。 航空機が高くなればより多くの PLC システムが見えるようになるであろうから、 受信される雑音は航空機の高度とはほぼ無関係となろう。 その論文は、仮定された発生源電力密度において、 40〜43dBμV/m のオーダーの雑音電界強度が予期されるかも知れないと結論した。 これはアクティブな信頼できる通信信号に予期されるものと同程度のレベルであり、 従ってさらなる検討を必要とする顕著な脅威を示唆した。 Stott の後の論文 [14] は自らの以前のノートの計算を一般化し、 非等方性地上発生源から航空機への干渉を含む、より広範囲の事例をカバーした。
基本的な結論には変化はなかった。
最も最近の UK での EIRP の値は、 UK の BT Vision の設置数が 300,000 であったと述べられている [3] の値からの若干の計算で、 Stott の作業と比較できる形で推定できるかも知れない。 UK の 人口 6000万人のうち 751万人が大ロンドンに住んでいるので、 そこには 300,000 × 7.51 / 60 = 37,550 の BT Vision が設置されていたと推定できる。 その土地面積は 1,579km2 であり、 従って平方キロメートル当たりおおよそ 37,550 / 1,579 = 24 の設備があった。 最近示された BT Vision モデムが送る平均 4μW の伝導電力からすると、 その伝導電力は 4 × 24 = 96μW/km2 となる筈である。 その放射電力はアンテナ・ゲインによって小さくなるだろう； Stott の −20dB という値を用いると、それは電力では 1/100 となり、 大ロンドンの放射電力密度は 0.96μW/km2 となった。 従って、2009年 3月の大ロンドンの PLC 干渉エミッションは、 Stott が 10年前に計算した基本的な値のおおよそ 1/20 (0.96/17.5) となった。 デシベル表現では、それは 12.5dB 低いものとなる。
航空機通信への干渉に関する Stott の推論は、 彼の 43dBμV/m という電界強度の推定を 30.5dBμV/m に変え、 同様の方法でスケールすることができる。 この値は上の Figure 2 に転載した ITU の「商業」雑音電界強度よりも依然としてかなり高く、 HS-PLC が既に HF 航空通信の安全余裕を低下させていることを強く示唆する。 最近、[18] の附属書に取り込まれた作業が、この脅威の現実性を確認した。 この ITU-R 研究グループ報告は、非常に包括的な文書である。
このメイン・レポートは要約や最小の結論を与えていないが、 世界の PLT システムからの過剰なエミッションの測定結果を詳述する 128ページの附属書を含む。 例えば、Annex 2.6 は航空機 (おそらくは PLC が配備されていない地域の上の) で記録されたドイツの雑音レベルの測定結果を述べる。 地上に 250個/km2 の密度で分布する基準 PLT 設備の既知の特性を用いて、 この附属書は安全クリティカルな航空無線に対するリスクを許容できるレベルまで低減するために 必要となるであろう PLT 送信レベルの低減の程度を計算する。 50dB の低減が必要であり、今日の技術では 「電力管理と動的ノッチングを用いたとしても両立性は与えられない」と結論されている。
地表波の影響の議論は、先ほど述べた Stott の論文 [4] に基づく。 York の論文は半径 10km の禁止地域の中心で 10kHz 当たり 14.2dBμV/m の電界強度という Stott の値を用い、 これをより一般的な状況での地表波の影響の代表として用いる。
主な寄与は 10km の半径をかなり超えるものであり、めったに鋭い境界を持たないということで、 このデータの選択を批判することもできるかも知れない。 30km の地域で 3.25dBμV/m という Stott の値を引用し、 加害者の領域が被害者を完全に取り囲んでいない状況のために 下方に補正した方が良かったかも知れない。
空間波の影響は、UK の 15の主要都市、 そして単一のものとして扱われた Ruhr のそれぞれの中の アクセス PLC の均一な分布を仮定して分析された。 他の海外の寄与は考慮されなかった。 その PLC アンテナ放射パターンは街路のモデルから導かれたが、 アンテナの効率は Stott の初期の作業を参照して −15dB と仮定された。 受信電力が合計され、その結果は UK 全域で 7.5dBμV/m 程度の 多かれ少なかれ均一な干渉電界となるだろうと結論された。 興味深いことに、この値への Ruhr の寄与はロンドンのものよりも大きかった。 今は、[5] から、このアンテナ効率の推定は 7dB 程度高過ぎたと判断できる。 その発生源電力の推定は実際に 2009年に達したものよりも 15dB 高かったので、 この作業は 2009年の UK について 7.5 − 15 − 7 = −14.5dBμV/m の更新された予測を可能とする。
Figure 2 から、そのようなレベルの検出は難しいであろうことは明白であるが、 その作業は年毎に容易になるだろう。
York の論文は、「大ロンドン」から 10km では 空間波電界が地表波電界よりも 7dB 程度低いであろうことを指摘した。 我々は既にこの地表波の値に疑問を投げかけており、従って 「地表波の伝搬は確立されたノイズ・フロアの最大の上昇をもたらしそうなメカニズムである」 というその著者の結論にも満足していない。
Stott のステートメント、 「近傍の干渉源があり得る時 ... 地表波伝搬が受信される干渉の大部分を与える」は、 田園地帯と敏感な施設については空間波干渉が許容できない人工ノイズ・フロアを 確実に与えるであろうという重要な結論を可能とするので、より良いものである。
スイスの分析 [13] は、 「セル当たりの最大電力スペクトラム密度が −40dBm/Hz 以下であれば、 電磁的に静かな地域での現在の自然雑音レベルは アクセス PLC の配備によって顕著に変化しないであろう」 と結論した。 この値はかなり高いレベルの PLT 信号を運ぶ埋設低圧配電網の近傍での 磁界強度の測定に基づいた。 そして、この磁界強度に合わせてアンテナ・モデルが選択され、 その放射が軍用 HF 無線システム設計用に開発された プロプリエタリのコンピュータ・プログラムへの入力として用いられた。 そして、これは被害者の受信機から数千キロメートルまでの距離に位置する PLC ユーザーの不要輻射によって生じる妨害フィールド強度の計算に用いられた。 このプログラムへの入力は、 ドイツ全域にわたって平均された 0.35セル/km2 の、 典型的な電力制御とトラフィック・レベルのために それぞれが 1/10 の時間のみ作動するアクセス PLC に基づいていた。 結果的なフィールド強度のプロットは様々な電離層状況をカバーし、 それらを調べることによって、所望の結果を達成するためには 発生源電力の −40dBm/Hz (100nW/Hz) への低減が必要となるだろうと判断された。 この値は 10kHz 帯域幅当たり 0dBm に相当し、 これは上で述べた York の空間波エミッションで用いられたものと同じ値である。
驚いたことに、この分析はドイツ以外の国から遠隔の地域に到達するかも知れない 追加の世界的な干渉を考慮していない。 PLC 発生源が常に最大レベルで放射しているとは限らない ――重要な真実―― ことが認識されたのはこれが最初であった。 電離層の計算と加算の不明瞭さが [10] で批判された。
おそらくは屋内電力回路は埋設アクセス・ケーブルよりもかなり多く放射するであろうことから、 その著者らは屋内 PLC を彼らの対象から特に除外した。 だが、この要素を無視すれば、 その著者らの事例を今日の UK の BT Vision と次のように比較できる：
UK/Germany = (relative % "on" time) × (rel. culprits/km2) × (rel. power in nW/Hz) = 100/10 × 1.24/0.35 × 0.4/100 = 1/7、あるいは −17dB。
だが、屋内ケーブルの増加の問題を考えると、 UK は今はこのスイスの著者が同定した限界の近くにある筈である。
その寄稿は自由空間伝搬を仮定した； おそらく、明らかになった問題の大きさにから、 より複雑なアプローチは不要であると感じられたためであろう。 この 424km とうい値は、 単一の PLC システムが何千台もの CISPR 22 適合製品に等しい干渉電力を放射し、 それに応じてより大きな長距離影響を持つという事実を強調する。 これは PLC エミッションの不可避な国際的な影響を示唆するものとして見ることができる。
仮定された設備毎に −50dBm/Hz という値は、 2009年の UK の設備毎に −64dBm/Hz という値と比較しなければならない。
従って、BT Vision の 25個の設備の集団だけで、 これらの著者が同定したものと同一の計算上の問題となる距離をもたらす筈である。
その文献目録を基礎として、 屋内 PLC とアクセス PLC に対して異なる仮定が行なわれた。 2006年のドイツからの市場成長のデータは、 屋内 PLT が干渉エミッションへの最大の寄与であったことを示唆する。 この発生源のみからの将来のエミッションが、 上の仮定と一人当たり 0.5台のモデム ――現在の状況よりも 20dB 高い市場展開―― というやや極端な予測を用いてモデル化された。 今日、我々は NATO の予測を控えめなものとするであろう 「スマート・グリッド」からの寄与を前提とできる。
その計算法と結果の例は「NATO 空間波分析」のボックスに示されている。
ITU-R 雑音レベルが中央値であり、 NATO の目的では許容できないかも知れないことが気づかれていた。 9kHz で −15dBμV/m の絶対保護要求は、 これを超える可能性は調査された全ての周波数と受信機の場所で高かったたという コメントとともに要求された。
結論は以下のことを含む：
PLC デバイスには比較的少数の異なる設計やプロトコルがあるだろうから、 平均化の統計的な利点は発生源電力測定の系統誤差を除去しないであろう。
データ・レートによる干渉電力の変動も重要である。 これに関して、Williams [9] は UPA 規格の少なくとも1つの実装は 非常に不満足なものであることを示した。 既に述べた作業のいくつかは、 実効的な害となる電力はそのテクノロジに対して規定されたものであろうと仮定した。 Widmer [13] によるものは、それはこの 1/10 であろうと推測した。 従って、それらの結果を現在や将来の状況に置き換える際には、 以前の作業で行なわれた仮定に注意しなければならない。
無線波の伝搬は無線システムの計画の重要な要素であるので良く研究されてきており、 ほとんどの著者は ITU のガイドラインに従ってきた。 伝搬は地面での吸収に影響される。 UK の著者ら [4][10][11] は「湿った土壌」 (導電率 10−2 S/m) を仮定したが、 [12] はドイツは「陸地」 (導電率 3×10−3 S/m) を仮定した。 3MHz と 100km で、後者は 7dB 低い電界強度をもたらし、 従ってその仮定はいくらかの重要性を持つ。
ITU データは、勿論、周囲の地面から上に意図的に持ち上げられたアンテナからの 意識的な送信を仮定する。
高層建築内の設備はこれに似たものとなるであろうが、 ほとんどの PLC は地面の近くにあるだろう。 この状況では、「10倍の距離で 1/100 (−20dB)」の理論的な規則を超える 余計な減衰の可能性を考慮しなければならない。
[4] で、Scott は電力会社の Norweb が UK で測定した 25dB という値を報告したが、 この値がどの距離にわたって適用されたかは特定されていない。 USA における 40dB の値の提出の試みは、ARRL による徹底的な反駁 [16] をもたらした。 最近のカナダでの研究 [17] は 18.2dB の値の統計的信頼性を主張するが、 3m と 10m での測定からの外挿によるのみである。 「近傍界」効果を適切に扱っていないので、これらの値のそれぞれが疑わしい。 近傍界は、電界と磁界の振幅や位相の関係が正しく確立されておらず、 単純な数式が適用できない、アンテナの近くの領域である。 半波長ダイポールについては、 近傍界はアンテナからおおよそ λ / (2π) に等しい距離で終わる ―― それは波長の 1/6、あるいは 30MHz において 1.6m である。 だが、屋内主電源網の複数のケーブルのような複雑なアンテナについては、 この著者による理論とモデリングの双方 [19] が、 遠方界条件は様々なアンテナ・エレメントの寄与が 無限距離において持つであろう位相関係に達する より大きな距離において達成されるだけであることを示した。 この「レイリー距離」は、D をアンテナ開口の最大の寸法として 2 D2 /λ によって与えられる。 従って、10m 以下での PLC エミッションの測定は再現性が悪く、 その遠方界効果の目安としては限定的なものとなろう。 だが、累積効果については、その平均化はそのような誤差の影響を顕著に低減するであろう。 NATO の報告書 [26] は、この近傍界問題のデータと分析を与える。 普遍的なモデルは可能ではなく、 参照されたグループで得られた測定結果を用いるのが最良であると結論されている。
これらの結果は、周波数と距離に依存して、距離10倍当たり 10〜40dB にわたる。
NATO の著者らは大地面反射の影響もモデル化している ―― 他の著者が無視している、だが EMC 試験技術者が良く知っている要素である。
累積的評価全ては、加害者の数と使用方法についての仮定を設けなければならない。 EMC 規格はこれらの要素を明示的に考慮しないが、累積効果のため、 その考慮は極端なマスマーケット製品のためには決定的に重要である。 アクセス PLC については、 そのテクノロジがスマート・メータリングのために採用されたならば、 市場普及率は 100% になるかも知れない。 屋内 PLC の数については、販売業者の数字に頼っている。 上で報告した様々な調査は 15% から 100% の使用率を仮定している。 屋内 PLC については、良くないプロトコル設計のため、 100% の使用率は既にありふれている [9]。
アンテナそして伝搬経路としての主電源に関係する計算誤差は 多数にわたって平均することで最小化されるであろうが、これは、 1950年台の原子爆弾試験から落下した放射性物質の平均レベルの推定で出会うような、 より深刻なトラブルの「ホットスポット」の可能性を残す [20]。
これらの調査全ては、まだ実現されていない加害者の数について仮定する。 仮定を変えることが許されれば、それらは全てかなり一致する。 だが、満足する理由はない。 その数がどれだけであろうと、先進国においては年に 25% (販売や新製品の導入で 15%、データ・スループットの増加で 10%) の成長を安全に仮定でき、これは累積的な干渉の 1dB/年の増加に等しい。 計算された値が 10dB 過大であれば、 これはスペクトラム汚染の上昇を 10年遅れさせるだけである。 アクセス PLC とスマート・メータリングについては、 究極的な市場規模は電力計の数に等しい！
PLC データ送信は、それが通信効率を最大化することから、 雑音のようになるように設計されている。 従って、これまで、スイッチを切る ――複数の発生源の累積効果が関係する時には難しい―― こと以外の、HS-PLC に適用可能な識別の手法を公表した人はいない。
しかしながら、識別を助けるかも知れないいくつかの特徴がある：
これらの発生源識別手法の評価のためには、さらなる作業が必要である。
実証の計画のためには、 最大の PLC / バックグランド比を与える状況を選択しなければならない。 この選択の１つの側面は、日内の異なる時間における電離層の挙動である。 数 MHz 以下の周波数では、 主として吸収性である「D」層が最も薄くなるであろうことから、 正午頃に最小の空間波干渉が期待されるかも知れない。
より高い周波数においては、最高使用可能周波数 (MUF) が統制要素であり、 地表波測定のためには夜間が最良の選択かも知れない。
[3] に、2009年3月には Comtrend Power Line Adaptors を用いた おおよそ 300,000台のアクティブな BT Vision が UK に設置されていたとあり、 UK の人口統計からそのうちの 300,000 × 7.513 / 60 = 38,000台が 大ロンドン地域にあるものと予期できる。 これは平方キロメートル当たり 24個の設備に等しい。 これらのモデムは UPA プロトコル [21] を用いており、 これはデータを運んでいる時と同じ程の放射をアイドル時に生じるという 非常に残念な特性をもたらす。 そのプロトコル設計者は、 明らかに通信ソフトウェアの作成者の EMC に対する責任を認識していなかった。 [9] で、Williams はそのようなアダプタのそれぞれのワイヤ上の 9kHz 帯域幅での 準尖頭値レベルが 90dBμV 程度であると述べた。 (9kHz と 10kHz の帯域幅のあいだの 0.41dB の補正は無視できる。) 前の章で述べたように、必要な電力加算のためには RMS 電圧が適当なパラメータである。 PLC については、高い波高率と広い帯域幅のためこれを決定することは難しいが、 最近、Comtrend モデムの2つの独立した試験が スタンバイ状態において 80±1dBμV RMS の値を与えており、 我々はアクティブな時には RMS 電圧が 2dB 上がるという測定結果を持っている。
従って、それぞれのワイヤ上に 80dBμV に等しい電力出力を仮定でき、 これは合計で −24dBmW、あるいは 4μW の2線電力に変換される。 ある種の比較のためには、 絞られた帯域幅のために 40dB を差し引くことによって これを 0.4nW/Hz、あるいは −64dBm/Hz に変換することが有用である。 主電源アンテナ・ゲインのデーターは限られているので、 −22dB (1/158 の電力低下) という値を 典型的な PLC 遠方界アンテナ・ゲインの値として受け入れ、 低い周波数での不確実なアンテナ効率のため 考察を 10〜30MHz の周波数範囲に制限しなければならない。 従って、大ロンドン地域内での放射電力密度は、 24 × 4 × 1 / 158 = 0.6μW/km2、 あるいは −32.3dBm/km2 と推定される。
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| Figure 5: 1mW 送信機から生じる電界強度。
Figure 1 と同様、
赤い背景は「商業」環境、橙は「住居」、緑は「田園地帯」、
そして青は「静かな田園地帯」に対応する。 |
地上では干渉は 3MHz においてさえもおおよそ 11km の距離で田園地帯の雑音以下に低下するが、 純粋な逆自乗則の破線が適用される空中では、 他のありそうな発生源を PLC 干渉が 20dB 上回りそうである。
このチャートの作成に用いられた 1mW EIRP の予測には、 上で述べた不確かさのほとんどが関係する。 これらの大きさは合計で 10〜15dB に達するかも知れない。 また、そのスペクトラムはほとんどの周波数で 測定に問題を生じるであろうより強い所望の信号で埋められるかも知れないが、 今日は高所の施設や航空機からの測定が可能な可能性がある ―― そして、PLC をより環境に優しくする何かが行なわれない限り、 この先の数年以内には確実に可能となろう。 Marks [28] の BT Vision についての目標は、 2010年に3百万の加入者であったことに注意されたい。
これが現実となれば、累積的なエミッションを 10dB 上げることだろう。
これらの高レベルのエミッションの先例、 そして他の製品 (例えばワイヤレス電力伝送) の追い上げの予測にも 憂慮しなければならない。
もしこれらの「貪欲」なテクノロジのインストール・ベースが 年 25% ――技術用語では 1dB に相当する―― で成長を続ければ、 この記事で参照した専門家らが行なったいかなる計算誤差も、 無線関係者が対応しなければならないほど状況が深刻になるまでの 5年、あるいは高々 10年の遅れに相当するだけである。 彼らの選択肢は少ない。
この問題を最小限とするために行なえるだろういくつかのことがある； まず、環境的に許容できないエミッションを合法化するどのような緩和からも EMC 規格が保護されることを確かとしなければならない。 だが、これらの規格の価値の意識を高めるためのパラレル・キャンペーンなしに これを行なうことにはあまり意味がない。 我々は、規格の価値を下げる EU の傾向を逆転させ、 国家政府や準政府組織がそれを支持するように仕向ける必要がある。 それは簡単な筈である； 規格は人々の仕事をより容易にし、公平な競技場を作る。
意識が必要な、鍵となる領域は、市場である。 今日、小売用のパンフレットや製品レビューで EMC の仕様や性能に何らかの言及をしているものはほとんどない。
これらの雑音に似た干渉の識別は非常に困難である。 そのような発生源全てが、単一の発生源と類似の発生源の集合の双方で認識できるであろう 何らかの特徴を含み、公表するように要求されていれば、それはより容易となろう。
これは標準化委員会にとっては簡単なことの筈であるが、 彼らはそれは規制上の問題であり、従って彼らの管轄外であると主張するかも知れない。 この場合、誰がそれをやれるのか？ CO2 による大気汚染についてと同様、 「汚染者負担」原則が電磁的な汚染に適用される筈である。 現在、短期的には不便によって、 そして長期的には発展の選択肢の喪失とエネルギー・コストの増加によって、 被害者が負担している。 「汚染者負担」は、国際的に採択された EMC 規格に適合しない 全ての製品への課税によって達成し得る。
勿論、個々の PLC 設備による局所的な干渉は既に生じている。 これらの問題を避けるために HS-PLC エミッションを低減することは、 より低い推定を伴う。
双方の問題を解決するであろう規格と規制がすぐに現れることを期待したい。 時間は過ぎ去っている。
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| Figure 6:
Augsburg の受信機の例について予測された累積 PLT 雑音パラメータと
既存の背景雑音レベルの比較。
この資料の元の版は、
NATO の Research and Technology Organization によって、2007年6月の
技術報告書 RTO-TR-IST-050、「HF Interference, Procedures and Tools」 [26]
で公表された。 |
欧州のある施設についての結果を、Figure 6 に示す。
部分的に重なった青い点は、予期されるより大きな地表波の寄与を除外した、 Augsburg における空間波のみによる PLC 雑音の予測された積算値を示す。 発生源の領域は、欧州、北アフリカ、中東、そしてロシアの一部をカバーした。 この領域内で、一人当たり −98.2dBm/Hz と予測されたエミッションから 放射干渉電力が計算された。 この値は Homeplug デバイスのみの相当の市場浸透に基づいていた。
それぞれの青い点は、受信周波数、時刻と季節、太陽黒点の数、 そして地磁気の活動についての特定の仮定を示す。
[2] Why broadband PLT is bad for EMC; Tim Williams, The EMC Journal, Issue 80 January 2009, pp25-34
[3] BT Vision; the radio interference iceberg; Richard Marshall, The EMC Journal, Issue 83 July 2009 pp22-24
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[5] Measured Antenna Gain Characteristics of Low Voltage Distribution Networks with respect to Skywave Radiation, CEPT/ERC PT SE 35 Meeting at Mainz, 19-20/9/2000 document SE35(00)54.
[6] History of Wireless, Tapan Sakar et al., Wiley-Interscience, 2006. ISBN 0-471-71814-9
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[10] Cumulative Effect of Radiated Emissions from Metallic Data Distribution Systems on Radio Based Services, D W Welsh, I D Flintoft, A D Papatsoris. A report for the Radiocommunications Agency by York EMC Services Ltd, University of York, Document number R/00/026, Project number 1191. http://www.ofcom.org.uk/static/archive/ra/topics/research/topics/emc/ay3525/r00026.pdf
[11] Investigation of the likely increase in established radio noise floor due to widespread deployment of PLT, ADSL and VDSL broadband access technologies, D W Welsh, EMC Zurich Symposium, March 2001
[12] Modelling of the far field radiation of widespread power line communication applications, F Weinmann & K Dostert, Paper 16D2, EMC Zurich Symposium, February 2003
[13] On the global EMC aspect of broadband PLC using the HF band, Hanspeter Widmer, Zurich International Seminar on Broadband Communications February 2000, pp179-184.
[14] Cumulative effects of distributed interferers, Jonathan Stott, BBC R&D WHP 004. http://www.bbc.co.uk/rd/pubs/whp/index.shtml
[15] Sharing Studies between the Radio Astronomy Telscopes and the Power Line Communication Systems in the HF region, Ohishi, Nakajima, and Tokumaru. 7th Int. Symp. on Power Line Communications, Kyoto, March 26-28 2003, http://www.isplc.org/docsearch/Proceedings/2003/pdf/A7-4.pdf
[16] Re: ET Docket No.03-104 and ET Docket No.04-37; Broadband over Power Line Systems; Written Ex Parte Submission of ARRL, http://fjallfoss.fcc.gov/ecfs/document/view?id=7020357803.
[17] Measurements of EM radiation from in-house powerline telecommunication (PLT) devices operating in a residential environment. Gilles Gagnon et al., Communications Research Centre of Canada, March 24th 2009, http://fjallfoss.fcc.gov/ecfs/document/view?id=7020358568
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[20] Green Intelligence, John Wargo, Yale University Press, 2009. ISBN 978-0-300-11037-1
[21] Opera Specification Part 1. http://www.upaplc.org/download_file.asp?file=/currentspecifications/opera_specification_part_1_technology_v1.01.pdf&pid=19
[22] Analysis of Comtrend PLA devices in the HF spectrum, P Bigwood, to be published in RADCOM.
[23] Nature of power line medium and design aspects for broadband PLC system. Weilin Liu; Widmer, H.-P.; Aldis, J.; Kaltenschnee, T., Broadband Communications, 2000. Proceedings. 2000 International Zurich Seminar 2000. Page(s):185 - 189
[24] Bandwidth demands continue to grow despite recession. 20 January 2010, http://email.ietinfo.org/c/14J6DHU1iCLAnwhHO, Demand for bandwidth continues to grow unabated, according to a leading optical components manufacturer.
[25] Final Report on a Study to Investigate PLT Radiation, R V Womersley, R D Simmons, C V Tournadre. Radiocommunications Agency project AY 3062, November 1998. http://www.ofcom.org.uk/static/archive/ra/topics/research/topics/emc/plt/report.doc
[26] HF Interference, Procedures and Tools, RTO Technical Report TR-IST-050, http://ftp.rta.nato.int/public//PubFullText/RTO/TR/RTO-TR-IST-050/$$TR-IST-050-ALL.pdf
[27] UK Technical Working Group (TWG) on Compatibility Between Radio Services and VDSL + PLT Systems Using Carriers between 1.6 and 30 MHz, http://www.ofcom.org.uk/static/archive/ra/topics/interference/documents/twg-finalreport.pdf
[28] Frustrated Marks quits BT Vision, Daily Telegraph, 10th June 2009, p B1.
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2010-05-29