Физический уровень (PHY)

Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. В модели OSI физический уровень передаёт биты по физическим каналам связи, например: коаксиальному кабелю или витой паре. На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, которые передают дискретную информацию, например: тип кодирования, скорость передачи сигналов. К этому уровню также относятся характеристики физических сред передачи данных: полоса пропускания, волновое сопротивление, помехозащитность.

Физический уровень функционирует в диапазоне частот 2-28 МГц и обеспечивает канал связи 200 Mbps PHY и информационную интенсивность 150 Mbps. Он использует реализуемый посредством организации окна OFDM (мультиплексирование c ортогональным частотным разделением сигналов, канал OFDM - схема модуляции и тип физического канала для высокоскоростной передачи данных в диапазоне 5 ГГц.) и мощный Turbo Convolutional Code (TCC) (свёрточный код), который обеспечивает высокую эффективность в пределах 0,5 децибел. Реализуемый посредством организации окна OFDM предоставляет возможность пробивки отверстий (проделывания вырезов), где выемки (вырезы) могут превышать 30 децибел в глубине без потери значимого спектра вне выемки (выреза). Длинные символы OFDM с 917 тональными посылками (в системах передачи речевых сигналов) используются в конъюкции с гибким защитным интервалом. Плотность модуляции от BPSK (двоичная фазовая манипуляция) (переносит 1 бит информации через носитель посредством символа) до 1024 QAM (переносит 10 бит информации через носитель посредством символа) используется для каждого носителя, основанного на канальных характеристиках между трансмиттером (передатчиком) и приёмником (получателем).


На стороне трансмиттера, уровень PHY принимает вводы уровня Medium Access Control (MAC). Существуют отдельные вводы для HPAV данных, HPAV управляющей информации и HomePlug 1.0 управляющей информации (последней для того, чтобы поддерживать совместимость HomePlug 1.0). HPAV управляющая информация обрабатывается блоком Frame Control Encoder (кодировщик управления разметкой), в котором есть встроенный Frame Control FEC блок и Diversity Inleaver. Поток данных YPAV проходит через Scrambler (кодирующее устройство в цифровом канале), Turbo FES Encoder (кодирующее устройство) и Interleaver. Выходные сигналы трёх потоков ведут к обычной структуре OFDM Modulation, состоящей из Mapper, процессора IFFT, Preamble (преамбула – последовательность байтов с информацией, идентифицирующей начало кадра), Cyclic prefix insertion (цикличный префиксный ввод) и Peak Limiter (пикоограничитель). Эти выходы в итоге «питают» блок Analog Front End (AFE – устройство сопряжения аналоговой и цифровой части модема), который соединяет сигнал с носителем Powerline.

На ресивере, AFE функционирует в соединении с Automatic Gain Controller (AGC – автоматическая регулировка усиления) и модулем (блоком) временной синхронизации для «питания» информации данных и канала восстановления данных. HPAV Frame Control (управление разметкой) восстанавливается обработкой полученного потока через 3072-point FFT («быстрое преобразование Фурье», БПФ - один из наиболее широко используемых алгоритмов обработки сигналов), Frame Control Demodulator и Frame Control Decoder.

HomePlug 1.0 Frame Control восстанавливается посредством 384-point FFT. Параллельно, поток данных извлекается после обработки через 3072-point FFT для HPAV, демодулятор с SNR (отношение сигнал/шум), De-mapper, De-interleaver, декодер Turbo FEC и De-scrambler (скремблер) для данных HPAV.

HPAV PHY предусматривает реализацию широкого спектра стратегических устройств для возможности адаптации в меняющихся географических, сетевых и регулятивных условиях. Частотные пазы (выемки) могут быть использованы просто и динамично. 

Протоколы/услуги MAC

HPAV предоставляет услугу Contention Free (CF) на основе соединений (модель обмена данными, в которой обмен делится на три чётко выпаженные фазы: организация соединения, передача данных и разрыв соединения) для поддержки технических требований QoS (гарантированная частота пропускания, время ожидания и неустойчивая синхронизация), запрашиваемых приложениями AV и AP. Данная услуга основана на периодических TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов, МДВР – один из двух стандартов для цифровых сетей сотовой связи в США, появился в 1992 году) распределениях адекватной продолжительности для поддержки соединительных требований QoS.

HPAV также предоставляет услугу, основанную на модели обмена данными, в которой не требуется организовывать прямое соединение для обмена данными. Базисом данной услуги является технология CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и уклонением от столкновений), используемая для потока (информации) обмена на верхнем уровне.

Для рационального предоставления этих двух видов услуг HPAV приводит в действие гибкую, центрально координированную архитектуру. Центральное управляющее устройство называется Central Coordinator (CCo). CCo устанавливает функцию Beacon Period. Даная функция определяет время (по умолчанию 100 мс), через которое точка доступа будет опрашивать беспроводные устройства (можно задать значение в пределах от 20 до 1000 мс). Как показано на схеме 3, Beacon Period делится на 3 зоны:

- Beacon Region

- CSMA Region

- Contention-Free Region

CCo пересылает сигнал в начало Beacon Period; сигнал используется для взаимодействия графика внутри Beacon Period. Периоды CSMA являются постоянными (постоянный – существующий в файле, базе данных или пересылаемый в сети, время жизни которого не ограничено временем выполнения создавшей и использующих его программ), что позволяет отправлять поток (информации) обмена CSMA даже в случае пропуска нескольких сигналов.

Уровень MAC предоставляет услуги Contention (CSMA) и Contention Free (CF) через соответствующие зоны в Beacon Period. CSMA (МДКН) – многостанционный (сетевой) доступ с контролем несущей. Управляемый центральным координатором, Persistent Contention Free (PCF) Region позволяет HPAV обеспечивать определённую гарантию на технические требования Higher Layer Entity (HLE) QoS. Возможности QoS, заданные в CSPEC включают в себя :

- Guaranteed bandwidth (гарантированная полоса пропускания).

- Quasi-Error free service

- Fixed Latency (неизменная латентность)

- Jitter control (контроль неустойчивой синхронизации).

PCF Region содержит время для непостоянных распределений. Эти непостоянные распределения используются для обеспечения дополнительной краткосрочной полосы пропускания соединениям, которые в ней нуждаются (к примеру, из-за переходных ошибок или изменяющихся канальных условий). Передающая (электрическая) подстанция в свою очередь распознаёт сигнал в начале Beacon Period. В случае, если это время не используется для непостоянных CF распределений, оно может быть использовано для потока (информации) обмена CSMA.

Обмен сообщениями – одна из функций телекоммуникационных и онлайновых систем. В HPAV обмен сообщениями является прямым от блока (устройства) к блоку (устройству). Заголовок каждого сообщения содержи информацию о том, сколько данных задерживается для передачи соединения. Если это количество достигает больших размеров, CCo может назначить дополнительное непостоянное время для соединения в PCF Region.

Постоянный CSMA Region обеспечивает в основном связь, основанную на соединении (состояние, возникающее при обмене данными между двумя или несколькими станциями по одной линии или каналу). Она используется там, где нет CSPEC и/или поток (информации) обмена является непродолжительным. При работе в 1.0 Coexistence mode или «Hybrid mode» («гибридное состояние»), AV координирует с устройствами HomePlug и позволяет им взаимодействовать во время периода CSMA.

Как показано на схеме 3, Beacon Period синхронизируется к AC линейному циклу. Посредством синхронизации к линейному циклу, HPAV обеспечивает стабильность периодических распределений, имеющих отношение к линейному циклу. Это, в свою очередь, обеспечивает лучшую адаптацию канала к синхронизации (к линейному циклу).