Als Trägerfrequenzanlage (TFA) bezeichnet man eine Vorrichtung zur Sprach- oder Datenübertragung über vorhandene Kommunikations- oder Stromnetze. Die Übertragung über Nachrichten- und Telefonnetze ist häufig als Trägerfrequenztechnik bekannt und die Übertragung über Stromnetze als Powerline Communication (PLC) oder PowerLAN.
Trägerfrequenzanlagen verwenden die Trägerfrequenztechnik, bei der die Signale über eine oder mehrere Trägerfrequenzen zusätzlich auf die Leitung moduliert werden. Durch diese Mehrfachnutzung vorhandener Übertragungswege gelten Trägerfrequenzanlagen als schnell und kostengünstig realisierbar. Bedeutend sind auch Sicherheitsaspekte und die Resistenz gegenüber Störeinflüssen.
Trägerfrequenzanlagen können unterschieden werden nach dem Frequenzbereich der Modulationsart dem Anwendungsbereich.
Nachrichtenübertragung für Telefon- und Fernschreibkanäle Das Frequenzmultiplexverfahren gestattet die Mehrfachnutzung vorhandener Leitungen. Es wird dabei jedem Sprechkanal eine eigene Trägerfrequenz zugeordnet, auf die das Audiosignal aufmoduliert und beim Empfänger selektiv demoduliert wird. Viele dieser Verfahren arbeiteten häufig mit der Amplituden- und später teilweise auch mit der Frequenzmodulation.
Die Trägerfrequenzsysteme sind als Zubringersysteme für Richtfunkstrecken und zur Übertragung mit Koaxialkabeln an Stelle der zunächst verwendeten Fernkabel eingesetzt worden. Die Verstärkerämter übernahmen die Verstärkung der Trägerfrequenzsignale und waren teilweise auch in der Lage, TF-Kanäle in andere TF-Kabeltrassen weiterzuleiten.
Diese Verfahren, wie auch die Wechselstromtelegrafie sind später durch digitale Übertragungsverfahren sowie durch Glasfaserkabel abgelöst worden. Sie waren in der Vergangenheit ein bedeutendes Verfahren (wie beispielsweise auch die Phantomschaltung) zur Mehrfachnutzung von Leitungssystemen.
Rundsteuertechnik Unter dem Begriff Rundsteuertechnik (oft auch abgekürzt als TRA = Tonfrequenzrundsteueranlage) wird die Trägerfrequenztechnik schon seit Jahrzehnten zur Massensteuerung von Geräten eingesetzt, die keine Rückmeldung erfordern, z. B. der Straßenbeleuchtung, der Lastfreigabe (Nachtspeicherheizung) oder der Tarifumschaltung (Nachtstrom).
Ferner wurde die Technik zum Alarmieren von Einsatzkräften verwendet. Die Berufsfeuerwehr Darmstadt alarmierte so ihre dienstfreien Kräfte und die vier Freiwilligen Feuerwehren des Stadtgebietes. Auch bei der Feuerwehr Pfungstadt war dies die erste „stille“ Alarmierung. Siehe hierzu Rundsteuertechnik #Alarmierung.
Die Netzbetreiber verwenden verschiedene Frequenzen, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden. Eingesetzt werden Frequenzen im Niederfrequenzbereich (bis etwa 2 kHz), da Signale mit diesen Frequenzen nur relativ geringen Dämpfungen unterliegen (das Niederspannungsnetz ist überwiegend induktiv, die verwendeten Isolierstoffe dämpfen noch nicht) und somit jedes Endgerät erreichen können. Diese Anlagen verursachen wegen ihrer niedrigen Frequenzen keine Störungen des Rundfunkempfangs.
Nachrichtenübertragung über Hochspannungsleitungen mini|TFH-Ankopplung in einer 110-kV-Schaltanlage Für den Nachrichtenaustausch zwischen Einrichtungen von Energieversorgungsunternehmen werden Trägerfrequenzanlagen im Frequenzbereich zwischen 30 kHz und 500 kHz verwendet. Hier ist der Begriff Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragung über Hochspannungsleitungen (TFH) gebräuchlich. Diese Signale werden im Regelfall einphasig über ein Leiterseil von Hoch- oder Mittelspannungs-Freileitungen übertragen. Sie können im näheren Umfeld der jeweiligen Leitungen (bis zu einigen 100 Metern Abstand von der Leitung) den Empfang von in diesem Frequenzbereich arbeitenden Funkdiensten, wie den Langwellenrundfunksendern, dem Funkuhrsender DCF77 oder dem Navigationssystem LORAN-C der See- und Luftfahrt mitunter beträchtlich stören. Aus diesen Gründen und wegen der geringen maximalen Übertragungsbandbreite werden zum Zweck der Nachrichtenübermittlung innerhalb von Energieversorgungsunternehmen Trägerfrequenzanlagen zunehmend stillgelegt und durch Richtfunksysteme oder Kabel (meist Glasfaserkabel im Erdseil) ersetzt.
Die Trägerfrequenzanlagen und Trägerfrequenzsignal-Relaisstationen wurden früher auch dazu benutzt, den Elektrizitätswerken hochverfügbare betriebseigene Fernsprechanlagen im Selbstwählverkehr bereitzustellen. Man sprach hierbei von EW-TelefonieAEG Hilfsbuch für elektrische Licht- und Kraftanlagen, Essen 1953.
Trägerfrequenzsignale können beachtliche Entfernungen (mehrere hundert Kilometer) auf Stromleitungen zurücklegen.
Um eine unkontrollierte Ausbreitung zu verhindern, findet man manchmal in den Stromschlaufen von abzweigenden Leitungen und in den Schaltanlagen von Umspannwerken Sperrdrosseln, welche diese Signale abblocken. Bei sehr langen Leitungen ist gelegentlich die Verwendung von Verstärkerstationen notwendig.
In der ehemaligen Sowjetunion werden auf einigen Leitungen die Erdseile für die Übertragung von Trägerfrequenzsignalen genutzt, welche hierfür an den Masten mit Isolatoren befestigt sind.
Haushaltsanwendungen Sprachübertragung Im häuslichen Bereich ist das sogenannte Babyfon die wohl bekannteste Anwendung dieser Technik. Es arbeitet auf Frequenzen um 100 kHz, also unterhalb des Langwellenrundfunkbereichs. Wechselsprechanlagen mit Trägerfrequenztechnik im gleichen Frequenzbereich wurden seit den 1970er-Jahren auch unter der Bezeichnung „wireless intercom“, „FM-Intercom“, „Wechselsprechanlage – Betrieb nur über Steckdose ohne Kabelverbindung“, „Haus-Sprechanlage von Steckdose zu Steckdose“ usw. angeboten.
PowerLAN
Verfahren Link-Rate Frequenzbereich HomePlug 11 MBit/s 4 … 27 MHz HomePlug Turbo 85 MBit/s 2 … 27 MHz Panasonic AV 180 MBit/s 3 … 30 MHz HomePlug AV 200 MBit/s 2 … 32 MHz DS2 AV 200 MBit/s 2 … 30 MHz Homeplug AV2 500 MBit/s 2 … 86 MHz Mediaxtream 882 MBit/s 50 … 300 MHz
Zur Vernetzung von Computern im Rahmen eines Local Area Network (LAN) kann (eine andere Variante von) TFA eingesetzt werden. Diesbetreffende Spezifikationen gibt es von Intellon (HomePlug), DS2, Panasonic sowie Gigle (Mediaxtream). Vorteile sind, dass keine Kabel verlegt werden müssen, durch WLAN nicht erreichbare Gebäudeteile versorgt werden können und eine gegenüber WLAN erheblich stabilere Übertragungsqualität, die besonders bei HD-Video-Streaming benötigt wird. „Nachteil der Powerline-Technik im Vergleich zu WLAN ist, dass sich die Hersteller bislang nicht auf einen einheitlichen Standard einigen konnten sowie der vergleichsweise hohe Preis.“Lothar Schnitzler: Sieg der Steckdose. In: Wirtschaftswoche. Nr. 34, 2008, , Seite 108 (online).
Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) arbeitet an einer standardisierten Technologie für die drahtgebundene Übertragung digitaler Daten im Haus (Heimnetzwerk). Der Standard G.hn soll mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s sämtliche im Haus verlegten Leitungen (Strom-, Telefon- und Netzwerkkabel) nutzen können. Im Oktober 2009 wurde die Empfehlung G.9960 für die Bitübertragungsschicht und die Architektur des Standards von der ITU verabschiedet. Die Empfehlung G.9961 für die Sicherungsschicht folgte am 11. Juni 2010. ABI Research prognostizierte (2008) für das Jahr 2013, dass weltweit 42 Millionen Geräte mit Unterstützung für den Standard G.hn verkauft sein könnten.
Manche Anbieter von Haushaltselektronik bieten für ausgewählte Produkte Fernbedienmöglichkeiten über das Haus-Stromnetz per Powerline an. Über einen angebundenen PC oder eine Art Fernbedienung („Bedienpanel“) können dann die Geräte überwacht oder gesteuert werden.
Die in der Europäischen Union vertriebenen Modems werden im Rahmen der CE-Kennzeichnung bauartgeprüft. Die Störung von Anderen durch Abstrahlung liegt bei geprüfter Bauart innerhalb der gesetzlichen Vorgaben.
Da Stromversorgungsnetze (Niederspannungsnetz) zur Drehstromübertragung meist aus drei Außenleitern bestehen, besteht bei der Nachrichtenübertragung das Problem, die hochfrequenten Trägerfrequenzsignale möglichst gleichmäßig über diese drei Außenleiter zu verteilen. Zu diesem Zweck werden in den Niederspannungsnetzen sogenannte Phasenkoppler eingesetzt, welche die Außenleiter nur für das Trägerfrequenzsignal miteinander verbinden.
Die Bundesnetzagentur verzeichnete zwischen Frühjahr 2005 und Frühjahr 2007 nur zwei Störungsmeldungen, die auf Inhouse-Powerline zurückzuführen waren. Ein daraus resultierendes Ordnungswidrigkeitsverfahren fand mit Zahlung einer Geldbuße sein Ende.c't Spezial Netzwerke. 01, 2008, Seite 19.
Hausautomation Verschiedene Anbieter und Protokolle befassen sich mit über das Stromnetz ferngesteuerten Verbrauchern sowie der vergleichsweise langsamen Datenübertragung innerhalb eines Hauses. Ein Beispiel ist das X10-Protokoll. Allen gemeinsam ist die trägerfrequente Übertragung der Signale, die Programmierbarkeit der verschiedenen Module zur Eingabe und zur Verbrauchersteuerung sowie die kurze Reichweite, die nur sehr geringe Trägerleistungen erfordert und somit unter der Bagatellgrenze einer Funkzulassung (5 mW) liegen kann. Die X10 Übertragung arbeitet überdies bei nur 120 kHz, wodurch Funkstörungen sehr unwahrscheinlich sind.
Internetzugänge mittels Powerline
Bei diesen Trägerfrequenzanlagen (auch als powerline bekannt) wird ein Internetzugang über das Stromkabel auf der Strecke zwischen Steckdose beim Endverbraucher und der Trafostation des Energieversorgers bereitgestellt.
In der Trafostation ist der Übergang zu reinen Internetleitungen, dem Backbone. Da auf der Strecke zwischen Trafostation und Hausanschluss sowie auf der Strecke zwischen Hausanschluss und Steckdose verschiedene Frequenzen verwendet werden, sind insgesamt drei Adapter notwendig: einer in der Trafostation, einer am Hausanschluss beim Stromzähler und einer an der Steckdose. Der Hausanschluss darf höchstens etwa 300 m von der Trafostation und höchstens etwa 100 m von der Steckdose entfernt sein; höhere Reichweiten sind nur mit Verstärkern möglich.
Der verwendete Frequenzbereich ist 1 bis über 30 MHz, dabei sind pro Trafostation zwischen 1,5 MBit/s bis 205 MBit/s möglich. Diese Bandbreite steht allen aktiven Nutzern des Dienstes, die an einer Trafostation angeschlossen sind, zur Verfügung.
Die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post hat in ihrem Tätigkeitsbericht 2002/2003 festgestellt, dass die Hersteller und Betreiber dieser sogenannten Powerline-Trägerfrequenzanlagen (trägerfrequente Datenübertragung über das Stromnetz zur Internetanbindung) ihre Aktivitäten in Deutschland inzwischen bis auf wenige Ausnahmen eingestellt haben, und erwähnt in diesem Zusammenhang die unerlaubt hohen Funkabstrahlungen (Störfeldstärken), die im Rahmen der elektromagnetischen Verträglichkeit Probleme bereiten. Inzwischen werden diese Trägerfrequenzanlagen zunehmend kritisch gesehen, da die enorme Abstrahlung von Hochfrequenz herkömmliche Kommunikation über Kurzwelle praktisch unmöglich macht. Aus diesem Grund kam es zu massiven Protesten von Funkamateuren. Neuartige Powerline-Modems können die Existenz von Kurzwellen-Rundfunkdiensten am Ort und zum Zeitpunkt ihres Betriebes erkennen, indem sie das Grundrauschen beobachten. Die durch den Rundfunk belegten Frequenzen werden dann von der Powerline-Kommunikation ausgespart. Diese Technik funktioniert jedoch meist nur mit Sendern, die dauerhaft senden, da die Modems die Einstellung der Frequenzen üblicherweise nur nach dem Einschalten oder in längeren Zeitabständen vornehmen.
Verbreitung von Rundfunkprogrammen Zur Verbreitung von amplitudenmodulierten Rundfunkprogrammen sind früher im Langwellenbereich Stromleitungen und Telefonkabel genutzt worden. In Deutschland wurde diese Technik 1939 als Drahtfunk eingeführt, in der Schweiz als Telefonrundspruch und in Norwegen als Linjesender bezeichnet. In Russland war dieses System sehr verbreitet, denn es gestattete nur den Empfang russischer Sender. Noch heute wird diese Technik in einigen Ländern zur lokalen Rundfunkversorgung verwendet.