На физическом уровне технология HomePlug AV использует кадровую OFDM-модуляцию (ортогональное мультиплексирование с частотным разделением). Проще говоря, сетевая синусоида модулируется высокочастотным сигналом в виде кадров-пакетов. В выделенной полосе (1,8–30 МГц) располагаются 1155 несущих частот с шагом 24,4 кГц [5]. Каждая из них модулируется по амплитуде и фазе и может нести от одного до десяти информационных бит (соответственно получается модуляция от BPSK до 1024 QAM). Кадры повторяются с привязкой к синусоиде электросети, один на каждые два периода (таким образом, для 50 и 60 Гц частота кадров разная, но она компенсируется разной же их длительностью и на пропускную способность не влияет). Если посмотреть на осциллограмму сетевой синусоиды, то по первому взгляду мы не увидим ровно ничего [6] - обычная кривая, немного искаженная на вершинах реактивной нагрузкой. Чтобы разглядеть модулированный кадр, нам придется растянуть изображение примерно в сорок раз, как по горизонтали, так и по вертикали, а также поймать нужный момент времени [7]. Собственно кадр предваряется маркером и состоит из трех зон: в первой последовательно передаются идентификаторы сетей (таковых может быть несколько в одном физическом канале), вторая - это общая зона для передачи информации (если сетей несколько, зона распределяется между ними в соответствии с запросами QoS) и неиспользуемого защитного интервала. Отсюда следует важная особенность: несколько сетей, работающих в одном физическом канале, делят его пропускную способность между собой, а суммарная скорость не может превышать скорости единственной сети.
Но это уж совсем голая теория - сферический конь в вакууме, а на практике дело обстоит немного не так. Во-первых, приводимые 200 Мбит/с - это скорость физического канала, не учитывающая служебную информацию самого HomePlug AV (издержки на заголовки пакетов, избыточность для коррекции ошибок и шифрование AES 128 бит). Информационная же скорость канала составляет 150 Мбит/с, причем без учета издержек на протоколы верхнего уровня - IP, TCP/UDP и прочие. Во-вторых, указанный частотный диапазон используется не полностью. Если мы посмотрим на спектр кадра [8], то увидим на нем восемь пропусков - восемь неиспользуемых интервалов. Если к тому же измерим начальную и конечную частоты пакета, то получим значения, отличающиеся от теоретических, а именно - 2 и 28 МГц. Итого получается десять неиспользуемых частотных интервалов. Это не что иное, как коротковолновые радиолюбительские диапазоны - в той же Америке за их использование не по назначению можно легко угодить под суд. Теоретически частотный план (разрешенные и запрещенные для использования частоты) должен настраиваться под конкретную страну программным способом, но в данном случае можно видеть американское распределение (представители ZyXEL ссылаются на то, что Intellon поставляет во все страны чипы, настроенные под Америку как под наибольший общий знаменатель). В результате от теоретических 1155 несущих у нас остается всего 917, а от теоретических 200 Мбит/с пропускной способности физического канала - примерно 158 Мбит/с. Информационному же каналу американский частотный план оставляет всего 118,5 Мбит/с. Таким образом, мы получили не сферического, а реального коня с "чистой" (без учета сетевых протоколов) пропускной способностью около 120 Мбит/с. Но - по-прежнему в вакууме, посему перейдем к суровой реальности.
ПрактикаСуровая реальность состоит в том, что спектр нашего диапазона далеко не так чист, как хотелось бы [9]. Связано это с работой всевозможных импульсных преобразователей, тиристорных регуляторов и прочей электроники (особенно безымянной китайской, где не стесняются экономить на конденсаторах фильтров). Наличие этих помех приводит к тому, что при работе с максимальной модуляцией 1024 QAM возникает слишком много ошибок, и контроллер вынужден переходить на более устойчивую, но и более медленную модуляцию (так же, как сбрасывает скорость в линии аналоговый модем), вплоть до двоичной BPSK (для каждой из несущих тип модуляции определяется независимо). В Интернете можно найти результаты тестов, где HomePlug AV показывает пропускную способность в 80, а то и в 120 Мбит/с, но моя реальность оказалась несколько иной.
Все тесты проводились в обычном панельном доме на штатной электропроводке, выполненной в стенных каналах алюминиевым проводом (в некоторых случаях добавлялся фрагмент медного провода в виде удлинителя, не содержащего никаких фильтрующих цепей). Определить точную длину линии между устройствами не представлялось возможным в связи с отсутствием информации о квартирной разводке. Бытовые электроприборы и прочие типичные потребители не отключались, имитируя реальные условия эксплуатации, за исключением отдельных устройств, вызывающих особо сильные помехи (о чем читайте ниже). Для проверки реальной скорости обмена был выбран скрипт передачи больших файлов по протоколу TCP/IP в одном направлении (для протокола UDP результаты будут несколько выше за счет отсутствия обратного трафика). На компьютерах, используемых в качестве точек обмена, функционировал типовой набор резидентных программ. Поскольку стандарт HomePlug AV подразумевает передачу потокового мультимедийного контента, интерес представляет не только голая цифра средней скорости, но и ее динамика. Соответственно, я не стал строить сводные столбиковые диаграммы, а оставил фрагменты графиков скорости, где хорошо видны колебания последней.