nghiên cứu, sử dụng công nghệ plc để thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện ứng dụng tại trường cao đẳng nghề cơ điện và xây dựng bắc ninh

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thanh Hà Cùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành l

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH : KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ Ử

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ PLC

ĐỂ THIẾT KẾ BỘ ĐIỂU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ

CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Hoàng Thu Hà

Học viên lớp: Cao học khoá 13 - Kỹ thuật điện tử -

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện ứng dụng tại trường CĐN cơ điện và xây dựng Bắc Ninh” được sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thanh Hà là công trình nghiên cứu của

riêng tôi Tất cả số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, đúng như trong đề cương và chưa từng được ai công bố Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 11 năm 2012

Học viên

Hoàng Thu Hà

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được

sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông - Khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến với các thầy giáo, cô giáo trong khoa và khoa Sau đại

học vì sự giúp đỡ tận tình này Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thanh Hà đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài này

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian qua

Mặc dù đã cố gắng , song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Hoàng Thu Hà

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… i

Lời cảm ơn……… ii

Mục lục……… iii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt……… viii

Danh mục các bảng biểu……… xi

Danh mục các hình vẽ……… xii

Lời nói đầu……… xvi

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ PLC 1

1.1.1 Khái niệm PLC 1

1.1.2 Một số thành tựu đạt được của PLC 5

1.1.3 Phân loại công nghệ 6

1.1.3.1 Phân loại theo mức điện áp 6

1.1.3.2 Phân loại theo tốc độ bít 7

1.1.3.3 Phân loai theo phạm vi 7

1.1.3.4 Phân loại theo phương thức điều chế 8

1.2 Nguyên lý cơ bản và sơ đồ khối của hệ thống truyền thông tin trên đường cáp điện lực 9

1.2.1 Nguyên lý cơ bản của hệ thống 9

1.2.2 Sơ đồ khối của hệ thống 10

1.2.2.1 Khối cách ly (Power Line Isolation) 10

1.2.2.2 Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation) 11

1.2.2.3 Khuếch đại của bộ phát và bộ thu (Signal Amplification) 11

1.2.2.4 Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation) 11

1.3 Các giao thức truyền thông qua đường dây điện lực 11

1.3.1 X10 12

1.3.2.Lonwork 13

1.3.3 CEBus 14

1.3.4 HomePlug 16

1.4 Một số ứng dụng thực tiễn của PLC 17

1.4.1 Ứng dụng trong các hệ thống quản lý, giám sát lưới điện và công tơ 18

1.4.2 Truyền thông đường dài tốc độ cao 18

1.4.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC 19

1.4.4 Ứng dụng trong gia đình – Intelligent home 19

1.5 Kết luận chương 20

Chương 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT TRIỂN KHAI TRÊN HỆ THỐNG PLC 2.1 Đặc tính kênh truyền đường cáp điện 24

2.1.1 Sự giới hạn băng thông 25

2.1.2 Nhiễu trên đường cáp điện 26

2.1.2.1 Nhiễu tần số 50Hz 27

2.1.2.2 Nhiễu xung đột biến 27

2.1.2.3 Nhiễu xung tuần hoàn 27

2.1.2.4 Nhiễu xung kéo dài 28

2.1.2.5 Nhiễu chu kỳ không đồng bộ 29

2.1.2.6 Nhiễu sóng radio 29

2.1.2.7 Nhiễu nền 29

2.1.3 Trở kháng đường truyền và sự phối hợp trở kháng……….29

2.1.4 Suy hao trên lưới điện 30

2.1.5 Hiện tượng sóng dừng 31

2.1.6 Sự phát xạ sóng điện từ và khả năng gây nhiễu 32

2.2 Ghép nối với lưới điện – xử lý tín hiệu 33

2.2.1 Mạch ghép tín hiệu 33

2.2.1.1 Mạch ghép dung kháng C 34

2.2.1.2 Mạch ghép kết hợp cảm kháng và dung kháng L-C 36

2.2.1.3 Mạch phối ghép R-L-C phức tạp 37

2.2.2 Các bộ lọc tương tự 37

2.2.2.1 Mạch lọc RC 37

2.2.2.2 Mạch lọc LC 38

2.2.2.3 Các mạch lọc bậc cao khác 39

2.3 Các phương thức mã hóa 40

2.3.1 Mã xoắn 40

2.3.2 Mã Reed – Solomon 44

2.4 Các phương thức điều chế tín hiệu 48

2.4.1 Tổng quan về kỹ thuật điều chế trong viễn thông 48

2.4.2 Điều chế dạng khoá dịch biên độ ASK 50

2.4.3 Điều chế dạng khoá dịch tần số FSK 51

2.4.4 Điều chế dạng khoá dịch pha PSK và khoá dịch pha vi phân DPSK 52

2.4.5 Các dạng điều chế sử dụng trong viễn thông điện lực 53

2.4.5.1 Sử dụng điều chế để giảm xuyên nhiễu 53

2.4.5.2 Sử dụng điều chế đế tăng tốc độ truyền dữ liệu 55

2.5 Kỹ thuật trải phổ 56

2.5.1 Trải phổ dãy trực tiếp 57

2.5.1.1 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK 57

2.5.1.2.Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK 61

2.5.2 Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequence Hopping Spread Spectrum) 63

2.6 Công nghệ OFDM 64

2.6.1 Nguyên tắc cơ bản của OFDM 65

2.6.2 Tính trực giao 66

2.6.3 Hệ thống OFDM 68

2.6.4 Chống nhiễu liên ký hiệu (ISI) bằng cách sử dụng khoảng bảo vệ 70

2.7 Kết luận chương 71

Chương 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLC THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 3.1 Giới thiệu 72

3.1.1 Lịch sử trường 72

3.1.2 Cơ sở hạ tầng của trường 72

3.1.3 Thực trạng hệ thống điện của nhà trường 73

3.1.3.1 Các thiết bị điện: 73

3.1.3.2 Những bất cập của hệ thống điện hiện nay: 74

3.1.4 Các yêu cầu trong thiết kế 75

3.2 Modem truyền thông Philip TDA5051 76

3.2.1 Modem truyền thông trên đường dây điện 76

3.2.2 Modem truyền thông Philip TDA5051 77

3.2.3 Kết nối modem Philips TDA5051A 81

3.3 Bộ vi điều khiển PIC16F877 82

3.3.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC16F877 82

3.3.2 Mạch điều khiển 85

3.3.3 Giao tiếp điều khiển 87

3.3.4 Lập trình PIC16F877 88

3 4 Mạch nạp PIC16F877 90

3.5 Sơ đồ mạch 91

3.5.1 Khối cấp nguồn 91

3.5.2 Mạch ghép 91

3.5.3 Mạch lọc 92

3.5.4 Mạch đồng bộ 93

3.5.5 Tổng hợp mạch 93

3.5.6 Bảng mạch in (PCB – Printed circuir broad) 95

3.5.7 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 97

3.6 Các kết quả thu được 99

3.7 Kết luận chương 100

Kết luận và kiến nghị……… 101

Tài liệu tham khảo……… 103

Phụ lục 1……… 105

Phụ lục 2……… 111

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký

ASIC Application Specific Intergrate Circuit Mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt

AMR Automated Meter Reading Tự động đọc công tơ

AMM Automated Meter Management Tự động quản lý công tơ

ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BSC Base Station Control Điều khiển trạm gốc

BSK Binary Shift Keying Khoá dịch pha cơ hai

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Divission Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo mã CEPT Conference of European Posts and

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp

DPSK Differential Phase Shift Keying Khóa dịch pha vi phân

EPRI Electrical Power research Institution Viện nghiên cứu điện năng

FFH Fast Frequency Hopping Nhảy tần nhanh

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần

FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần

FDM Frequency Division Multiplexing Đa truy nhập theo tần số

FPGA Field Programmable Gate Array Phạm vi có thể lập trình cổng mạng GSM Global System for Mobile Điện thoại di động toàn cầu

communication

HCS Host Center Station Trạm máy chủ trung tâm

HLR Home Local Register Thanh ghi định vị thường trú HPR High Power Radio Kênh vô tuyến công suất cao

IMEI International Mobile Equipment

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu ISI

LPR Low Power Radio Kênh vô tuyến công suất thấp MIU Đơn vị giao tiếp đồng hồ Đơn vị giao tiếp đồng hồ

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Điều chế đa sóng mang

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PIN Personal Identification Number Số nhận dạng cá nhân

PLC Power Line Communication Truyền thông trên đường cáp điện

PRBS Pseudo Random Binary Sequence Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên

PSTN Public Switching Telephone

Netwwork

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên cầu phương

Q-PSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương

RMR Remote Meter reading Đọc công tơ từ xa

RTU Remote Tranceiver Unit Thiết bị phát từ xa một chiều

SF Selective Fading Pha định lựa chọn

Smart

IMS

Smart Integrated Metering System Hệ thống đo lường tích hợp thông

minh SIM Subscriber Identifier Modul Đơn vị nhận dạng thuê bao

SSMA Spread Spectrum Multiple Access Đa truy nhập trải phổ

VLR Visitor Local Register Thanh ghi định vị tạm trú

WLL Wireless Local Loop Truy nhập không dây nội hạt

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Quy luật về trạng thái pha của phương pháp điều chế QPSK 62 Bảng 3.1 Mô tả các chân của TDA5051 79

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực 1

Hình 1.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện 9

Hình 1.10: Mô hình ứng dụng PLC trong gia đình – Intelligent home 19

Hình 2.2: Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện 25

Hình 2.6: Nhiễu phát ra khi chạy máy hút bụi và phổ tần của nó 28 Hình 2.7: Suy hao trong gia đình tại tần số 130 KHz 31

Hình 2.14: Mạch lọc thông dải dùng vi mạch HA17741 39

Hình 2.16: Sơ đồ cây biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23 41 Hình 2.17: Sơ đồ lưới biểu diễn bộ mã hóa mã xoắn ở hình 2.23 42

Hình 2.22 Các dạng tín hiệu được điều chế ASK, PSK, FSK 49 Hình 2.23 Phổ công suất tín hiệu khi điều chế số 50 Hình 2.24: Hiệu suất của một số kĩ thuật điều chế khác nhau trong việc

làm giảm nhiễu

54

Hình 2.25: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ 56

Hình 2.29: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản 60 Hình 2.30: Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức 62

Hình 2.32: Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần 64

Hình 2.34: a Tác động của nhiễu đối với hệ thống đơn sóng mang

b Tác động của nhiễu đến hệ thống đa sóng mang

66

Hình 2.37: Sơ đồ một hệ thống OFDM 69

Hình 3.11: Sơ đồ hoạt động của vi điều khiển PIC16F877 89

Hình 3.21 Boar Master 96

Hình 3.24: Sơ đồ khối của hệ thống có topology (cấu trúc) hình sao 98

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển của khoa học công nghệ thông tin chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện hàng loạt các dịch vụ viễn thông mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng nhu cầu truyền thông cho các doanh nghiệp và người tiêu dùng Như:

đo lường điều khiển từ xa, giám sát hoạt động hay điều khiển nhà thông minh

Cùng với sự phát triển đó, tự động hóa các hệ thống là yêu cầu cấp thiết nhằm giải phóng sức lao động trực tiếp, nâng cao độ an toàn và tiết kiệm năng lượng Với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc trang bị tự động hóa cho các

hệ thống mới khá đơn giản Vấn đề đặt ra là phải cải tiến được (tự động hóa) cho các hệ thống cũ đồng thời phải tận dụng được trang thiết bị sẵn có để tiết kiệm chi phí Cụ thể, với hệ thống điện của trường CĐN cơ điện và xây dựng BN hiện nay, việc sử dụng điện hoàn toàn phụ thuộc vào ý thức của người sử dụng nên không tránh khỏi lãng phí vô ích đặc biệt là khu vực giảng đường nơi dành cho HS-SV Để khắc phục các nhược điểm đó, đề tài này này sẽ thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện cho từng phòng học cũng như phòng làm việc để quản lý việc sử dụng điện năng hợp lý hơn

Để thực hiện quá trình tự động hóa thì việc truyền thông tin là yêu cầu rất quan trọng Truyền thông tin đi xa có nhiều phương án như: truyền thông qua đường dây điện thoại, qua đường dây Internet và truyền thông qua đường dây điện lực Trong đó Công nghệ PLC giúp giảm chi phí đầu tư do tận dụng được hệ thống tải điện sẵn có

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Thanh Hà Cùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung:

“Nghiên cứu, sử dụng công nghệ PLC để thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện ứng dụng tại trường CĐN cơ điện và xây dựng Bắc Ninh “ Đề tài gồm các nội

dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ PLC – Trình bày nguyên lý cơ bản và

sơ đồi khối của một hệ thống thông tin PLC bất kỳ; Chỉ ra các ứng dụng cơ bản của

PLC; Phân tích rõ đặc điểm của kênh truyền điện lực với các yếu tố nhiễu và suy hao tác động trên cơ sở đó chỉ ra những kỹ thuật cải tiến trên PLC như phối ghép lưới điện, mã hóa và điều chế thông tin

Chương 2: Một số kỹ thuật triển khai trên hệ thống PLC- Phân tích các

yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống PLC; Một số kỹ thuật nhằm làm giảm ảnh hưởng của nhiễu và suy hao tín hiệu đến chất lượng của hệ thống PLC bao gồm phối ghép lưới điện, mã hóa, điều chế, trải phổ…

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện sử dụng công nghệ PLC –

Trên cơ sở các kiến thức có được từ chương 1 và 2 chương này ứng dụng vi điều khiển PIC thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện thông qua đường dây điện lực

Cuối cùng là những phân tích đánh giá nhằm rút ra kết luận và hướng phát triển của đề tài

Do đây là một đề tài còn mới, được hoàn thành trong một thời gian ngắn và điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, cùng với năng lực bản thân còn hạn chế nên có thể chưa đề cập được hết các vấn đề liên quan đến đề tài một cách đầy đủ, sâu sắc và cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, trình bày Kính mong các thầy, cô giáo và các bạn quan tâm đến nội dung của đề tài, góp ý kiến để tôi có điều kiện tiếp thu và phát triển đề tài cũng như bổ xung thêm kiến thức cho bản thân được đầy đủ, đúng đắn và để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 11 năm 2012

Người thực hiện

Hoàng Thu Hà

Hình 1.1 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực

Ưu điểm của công nghệ PLC

Một ưu điểm nổi bật của PLC là tính kinh tế do việc sử dụng mạng điện lưới sẵn Hiện nay, tại Việt Nam nhu cầu truy cập Internet băng rộng trở nên rất bức thiết, trong khi Internet tốc độ cao ADSL chi phí cũng không nhỏ

Các modem PLC cho phép nhận và gửi các tín hiệu thông tin tại các ổ cắm điện trên tường nhà Như vậy, toàn bộ mạng điện trong tòa nhà sẽ trở thành một

mạng LAN truy cập nội bộ Cung cấp đường truyền tín hiệu băng thông rộng, không phải đi cáp quang đến từng nhà, khai thác khả năng to lớn của mạng điện hiện có, giải quyết vấn đề đưa đường truyền băng thông rộng đến hộ gia đình Việc

sử dụng mạng điện hiện có sẽ cho phép phổ cập thông tin dễ dàng đến mọi vùng, mọi nhà Chỉ cần có một đường cáp quang nối tới trạm biến áp, cả một khu vực dân

cư lớn sẽ có khả năng truy cập Internet băng thông rộng và các dịch vụ truyền thông khác

Đây là một giải pháp hữu hiệu cho việc giải quyết vấn đề dịch vụ băng thông rộng tới hộ gia đình hay bị quá tải do gộp dữ liệu nhiều đường thuê bao Dễ dàng cài đặt và triển khai mạng, chỉ cần nối đường cáp quang đến trạm biến áp, lắp modem tại trạm, thiết lập hệ thống tới hộ gia đình và lắp modem PLC tại nơi truy cập, cung cấp tốc độ truy cập dữ liệu cao (10 - 45Mbps) trong dải tần (1,7 - 30Mhz) Ngoài ra, nó còn có tính tương thích cao với các công nghệ mạng khác

Do đó, công nghệ PLC khắc phục được những hạn chế về cơ sở hạ tầng của

hệ thống thông tin và truyền thông ở Việt Nam, phổ cập các dịch vụ băng thông rộng đến mọi người dân

Quá trình phát triển của công nghệ PLC

Ra đời vào những thập niên 80 của thế kỷ 20, công nghệ truyền tín hiệu trên đường dây điện đầu tiên được nghiên cứu và phát triển tại Mỹ với dự án mang tên X10 Công nghệ X10 sử dụng sóng mang tần số 120Khz và điện áp tín hiệu 4V để truyền tín hiệu điều khiển Các sản phẩm sử dụng công nghệ X10 có ưu điểm là dễ lắp đặt, giá thành thấp và không phải đi thêm dây điều khiển Tuy nhiên các sản phẩm X10 có điểm yếu là chịu tác động rất lớn của nhiễu đường truyền, tính bảo mật của thiết bị sử dụng công nghệ X10 không cao, tốc độ truyền thấp, khả năng bảo toàn thông tin thấp (70-80%) Từ đó đến nay công nghệ PLC không ngừng được nghiên cứu và phát triển Năm 2002 đánh dấu một bước ngoặt lớn của công nghệ PLC khi chuẩn UPB & PLCBUS ra đời Công nghệ UPB & PLCBUS sử dụng sóng mang có dải tần từ 4-40Khz, điện áp tín hiệu 40V để truyền tín hiệu điều khiển Không giống như X10 sử dụng tần số sóng mang cố định 120Khz, các thiết

bị sử dụng công nghệ UPB & PLCBUS sẽ chọn ra trong dải tần 4-40Khz một tần số

ít bị can nhiễu từ đường truyền nhất tại thời điểm truyền để truyền tín hiệu điều khiển Do đó băng thông đường truyền được mở rộng cho phép nhiều thiết bị cùng truyền tín hiệu điều khiển cùng một lúc mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau Mặt khác, với điện áp tín hiệu lên tới 40V công nghệ UPB&PLCBUS gần như hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi can nhiễu lớn trên đường truyền Hệ thống sử dụng công nghệ UPB&PLCBUS có chung đặc điểm: tốc độ truyền cao, dễ lắp đặt, không cần

đi dây điều khiển, dễ thêm mới thiết bị, không cần bộ lọc, không cần tách riêng đường cấp nguồn, khả năng bảo toàn thông tin cao (99,98%) tương đương với các thiết bị sử dụng công nghệ IBUS như EIB, Cbus Các thiết bị UPB&PLCBUS; được xây dựng với ID CODE và LINK PASSWORD ngăn chặn việc điều khiển thiết bị

từ các hệ thống không được phép hoặc từ hệ thống khác ở các khu vực lân cận Với

ID CODE và LINK PASSWORD của công nghệ UPB&PLCBUS Nhược điểm của công nghệ UPB&PLCBUS là khó cài đặt hơn so với thiết bị X10 do phải cài ID CODE và LINK PASSWORD cho từng thiết bị

Để có thể truyền thông tin qua phương tiện truyền dẫn là đường dây dẫn điện, cần phải có các thiết bị đầu cuối là PLC modem, các modem này có chức năng biến đổi tín hiệu từ các thiết bị viễn thông truyền thống như máy tính, điện thoại sang một định dạng phù hợp để truyền qua đường dây dẫn điện Quá trình truyền thông tin qua đường dây điện lực được mô tả như hình 1.2

Hình 1.2: Truyền thông tin qua đường dây điện

Với quá trình truyền thông tin như vậy, những ai cần sử dụng các dịch vụ viễn thông như trên có thể dùng tất cả các dịch vụ thông qua một ổ điện mà không cần lắp đặt cáp mới Công nghệ này tuy còn mới mẻ với khách hàng nhưng thực ra đã được sử dụng từ đầu thế kỷ 20, cho các mục đích truyền thông tin của nội bộ ngành Điện Ví dụ như hệ thống CFS (Carrier Frequency System), sử dụng các máy phát 10W để truyền thông tin bảo vệ, đo đạc trên đường dây cao thế với khoảng cách lên tới 500km hay hệ thống RCS (Ripple Carrier Signalling) sử dụng trong quản lý tải của hệ thống truyền tải điện hạ thế và trung thế Hay hiện nay, công nghệ PLC được

sử dụng cho các ứng dụng trong nhà như hệ thống giám sát, cảnh báo, tự động hoá

Ý tưởng truyền tín hiệu thông tin trên đường dây tải điện đã được sử dụng từ lâu bằng cách sử dụng phương thức điều chế bật tắt sóng mang tin (turn on – turn off carrier) Giống như các công ty điện lực trên thế giới, từ lâu Tổng công ty Điện lực Việt Nam đã sử dụng kỹ thuật này để truyền tải các thông tin phục vụ ngành điện, nhưng với cách này tốc độ truyền tin rất thấp Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, đặc biệt là công nghệ sản xuất vi mạch tích hợp giá rẻ cho từng ứng dụng đặc biệt – ASIC (Application Specific Integrated Circuit) đã cho

phép PLC có những bước phát triển nhảy vọt và trở thành một trong những công nghệ truy cập băng rộng và tốc độ cao đầy hứa hẹn

1.1.2 Một số thành tựu đạt được của PLC

Ý tưởng về việc gửi tín hiệu thông tin trên cùng một cặp dây được sử dụng phân phối điện cũng bắt nguồn từ xa xưa như điện báo, tuy nhiên số lượng thiết bị truyền thông được cài đặt trên hệ thống dây dành riêng vượt xa số lượng cài đặt trên dây điện nguồn AC mà không có bất cứ lý do nào Cho đến mấy thập kỷ gần đây con người thể nghĩ đến sự lãng phí của việc có bỏ qua khả năng giao tiếp của nguồn điện AC Trong năm 1920 có ít nhất hai bằng sáng chế được cấp cho công ty điện báo điện thoại của Mỹ AT&T trong lĩnh vực của "Truyền tín hiệu qua các mạch cung cấp” Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 1.607.668 và 1.672.940, nộp trong năm 1924

đã đưa ra hệ thống truyền và nhận tín hiệu truyền thông qua Dòng điện xoay chiều

ba pha Cho đến thời điểm hiện tại, có thể kể đến một số thành tựu của PLC như sau:

Công nghệ PLC băng thông rất thấp (lên đến 25 bps)

- Turtle ® (Tryền dẫn băng siêu hẹp) Thương hiệu thuộc sở hữu của mạng truyền thông Turtle của Mỹ

- PFPM (Điều pha tần số công suất)

- Ripple Control (Điều tần qua đường điện)

Băng thông trung bình baud: (lên đến 9.600 bps)

Băng thông (Hơn 9.600, chủ yếu sử dụng cho IT)

- Inari (Dựa tren chipset IPL0202) 2 MBps

- Altcom (dựa trên chipset AN1000) 115kbps

- Intellon (INT51X1 Chipset) 14 MBps

- Texas Instruments (Dựa trên DSP đạt 200Mbps)

Tất cả các công nghệ được liệt kê ở trên vẫn còn trong giai đoạn "thử nghiệm" Sẽ mất một thời gian cho các công nghệ này sẽ được đóng gói thành sản phẩm cuối cùng và chứng minh cho sự hứa hẹn về băng thông

1.1.3 Phân loại công nghệ

1.1.3.1 Phân loại theo mức điện áp

- Mức điện áp cao (110-500kV): kết nối các nhà máy điện với các khách hàng lớn, các khu vực tiêu thụ điện năng với đường truyền tải dài từ vài chục kilomet đến

vài trăm kilomet

- Mức điện áp trung bình (10-30KV): Cung cấp cho các khu dân cư rộng, các khu công nghiệp, khu đô thị, khoảng cách truyền tải ngắn hơn từ vài kilomet đến vài chục kilomet

- Mức điện áp thấp (110V-380V): Cung cấp điện năng cho các khách hàng là các hộ gia đình, cơ quan, trường học…với khoảng cách truyền tải ngắn từ vài trăm mét đến vài kilomet Hệ thống lưới điện hạ thế kết nối đến tất cả các khách hàng, do vậy ứng dụng của công nghệ PLC cho mạng truy nhập sử dụng mạng hạ thế có tiềm năng rất lớn

Vì thực tế truyền dẫn tín hiệu trên lưới điện thế thấp thực hiện trực tiếp trên mạng mà phần lớn các thiết bị điện vận hành, tạp âm và méo trên những mạng này rất cao Mặt khác các đặc tính vật lý trên mạng này thay đổi theo mỗi tải được bật hay tắt, vì vậy mỗi công nghệ PLC lưới điện hạ thế cần có giải pháp khắc phục những vấn đề vật lý như vậy

1.1.3.2 Phân loại theo tốc độ bít

- PLC băng hẹp – tốc độ bít thấp: Ứng dụng PLC đầu tiên được dùng cho phạm vi tự động trong lĩnh vực cung cấp điện năng Phạm vi này chỉ yêu cầu tốc độ

bít thấp Vì lý do đó và vì lý do quy định, người ta đã xác định giải tần có thể dùng cho yêu cầu tự động trong nhà và trong lĩnh vực cung cấp điện năng Dải tần đó nằm trong khoảng từ 3KHz đến 148.5KHz (Tiêu chuẩn CENELEC – châu Âu) hoặc

từ 3KHz đến 450KHz (Tiêu chuẩn ở Mỹ và Nhật)

- PLC băng rộng – tốc độ cao: Vì giải tần được quy định bời CENELEC chỉ cho phép truyền dẫn ở tốc độ tương đối thấp, các nghiên cứu cho giải tần cao đang được thực hiện Vấn đề chính của dải tần này là tín hiệu tần số cao đặt trên dây dẫn

sẽ suy hao lớn Dải tần MHz cũng xung đột với tần số dùng cho các dịch vụ khác chẳng hạn như an ninh, điều khiển không lưu, cac dịch vụ phát thanh quảng bá, dịch

vụ quảng cáo khác… Đó là lý do tại sao cần phải đề ra các quy định thống nhất Hiện nay dải tần từ 1 – 10 MHz được dùng cho các úng dụng ngoài nhà (Outdoor), còn dải tần từ 10 – 30 MHz dành cho các ứng dụng trong nhà (Inhouse)

1.1.3.3 Phân loai theo phạm vi

- PLC trong nhà (In – House PLC): Hệ thống PLC trong nhà dùng các cáp

điện trong nhà để truyền dẫn giữa các thiết bị PLC khác nhau trong nhà Hệ thống trong nhà có thể hoạt động như mạng riêng mà không có bất kỳ một kết nối ra bên ngoài

- “Last mile” PLC: Là mạng truy nhập nội hạt cho phép kết nối giữa mạng

trục truyền thoại và số liệu và điểm cung cấp cho từng khách hàng thông qua các điểm kết nối đến nhà khách hàng Trong nhiều trường hợp trạm hạ áp sẽ được dùng như điểm kết nối mạng trục và mạng điện hạ thế sẽ được dùng để kết nối đến nhà khách hàng Điểm kết nối mạng trục cũng có thể được tổ chức ở trạm biến áp trung thế hoặc ở những điểm thích hợp khác

Tại Châu Âu, ETSI đã xác định kế hoạch phân bố băng tần từ 1,6 Mhz đến 10 Mhz được ấn định dành riêng (hoặc ưu tiên) cho truy nhập nội hạt, dải tần từ 10 Mhz đến 30 Mhz được ưu tiên dành cho ứng dụng mạng gia đình (in-house)

1.1.3.4 Phân loại theo phương thức điều chế

Bốn kỹ thuật khác nhau có thể được sử dụng cho truyền thông qua đường dây điện lực Với một PLL (vòng khóa pha), quá trình truyền tải có thể được thực hiện với các kỹ thuật điều chế số Khóa dịch biên độ (ASK), khóa dịch tần số (FSK) hoặc khóa dịch pha (PSK) Đây là một công nghệ nổi tiếng và không tốn kém, nhưng hiệu quả bị hạn chế

Kỹ thuật thứ hai là dựa trên nguyên lý trải phổ với một bộ tương quan Ở đây, tín hiệu phát chiếm băng thông lớn hơn đáng kể băng thông tối thiểu cần thiết để gửi các thông tin vì vậy nó được trải ra và được điều chế Đầu thu cần biết mẫu phát

và tín hiệu được lấy mẫu thường xuyên Băng thông thấp sẽ làm tăng tính nhạy cảm với hiện tượng méo tín hiệu do đó cần phải thay đổi (Máy thu hình là một ví dụ phổ biến của biến dạng méo tín hiệu)

Kỹ thuật thứ ba kết hợp làm việc DSP trong một dải hẹp và sử dụng chế độ hai tần số sóng mang hoạt động với bộ triệt nhiễu xung và một cơ chế điều chỉnh thích ứng với méo tín hiệu

Kỹ thuật thứ tư kết hợp điều chế của một tần số thấp, xung cường độ cao trong dòng điện để liên lạc Các loại hình giao tiếp như vậy đã được thử nghiệm bởi các công ty phân phối để quản lý tránh các lỗi của tải của họ Trong số các công nghệ PLC có sẵn, kỹ thuật này hứa hẹn việc truyền tín hiệu qua máy biến áp và do đó có thể thực hiện trên một khoảng cách dài hơn

1.2 Nguyên lý cơ bản và sơ đồ khối của hệ thống truyền thông tin trên đường cáp điện lực

1.2.1 Nguyên lý cơ bản của hệ thống

Ý tưởng của công nghệ PLC là ghép tín hiệu số liệu có tần số cao vào đường cáp điện có tín hiệu cơ bản là 50/60Hz đưa đến khối sử lý tín hiệu Việc ghép tín hiệu là một khía cạnh quan trọng của công nghệ PLC Tín hiệu thông tin cần truyền phải nằm trong dải tần cao hơn nhiều tần số của dòng điện chính và các hài của nó

Đồng thời, tín hiệu phải có công suất đủ lớn để đưa vào đường cáp điện Một biến

áp có đặc tính thông cao có thể được dùng để ghép tín hiệu vào dòng điện chính Bộ lọc thông cao đảm bảo dòng điện chính và các hài của nó được cách ly khỏi modem

Hình 1.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện

Phía thu, bộ lọc được dùng để cách ly tín hiệu điện và tín hiệu số liệu Bộ lọc thông cao sẽ chặn lại tín hiệu dòng điện chính 50/60Hz, cho qua tín hiệu tần số cao đưa đến khối xử lý số liệu

Phương pháp như trên làm việc tốt với dải tần nhỏ hơn 150KHz, nhưng đối với dải tần cao hơn, cần có các mạch phụ để cho phép ghép tín hiệu qua biến áp Việc ghép tín hiệu cũng phải đảm bảo bảo vệ modem không bị phá hỏng trong quá trình quá độ của dòng điện chính

b.Tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện

Từ bộ chuyển đổi A/D

và lọc thông thấp

Tầng công suất phía phát

Bộ lọc dải vào Xử lý số

liệu Dòng điện chính

1.2.2 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 1.4: Sơ đồ khối của hệ thống

1.2.2.1 Khối cách ly (Power Line Isolation)

Một phần quan trọng của bộ phát và thu tín hiệu trên đường dây điện lực là giao diện giao tiếp với đường dây điện lực Bởi vì mạch của chúng ta phải giao tiếp với lưới điện 220V- 50Hz, nếu không có sự cách ly cẩn thận, những phần còn lại của mạch điện có thể dễ dàng bị cháy

Ý tưởng cho mạch cách ly là có thể hoàn toàn ngăn chặn tín hiệu 50Hz, cho các tín hiệu thông tin đi qua Tín hiệu thông tin trong trường hợp này là các tín hiệu điều chế tần số Trong mạch điện này, tần số sóng mang có thể được thiết lập xung quanh giá trị 70KHz Bởi vì các tín hiệu vào có một tần số giới hạn trong khoảng từ 500Hz đến 5KHz mạch cách ly sẽ phải cho phép các tín hiệu trong khoảng từ 65KHz đến 75KHz Mạch cách ly là một tụ điện 10nF được nối với một biến áp âm tần Mạch này hoàn toàn ngăn chặn các tín hiệu 50Hz và cho tín hiệu trong khoảng 50KHz đến 80KHz đi qua Bằng việc đặt mạch cách ly này giữa đường dây điện lực

và phần còn lại của mạch điện, chúng ta chắc chắn rằng tín hiệu điện áp 220V sẽ không ảnh hưởng đến mạch phát và mạch thu, và do đó tín hiệu thông tin có thể truyền và nhận được trên đường dây điện lực

1.2.2.2 Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation)

Được sử dụng để điều chế tín hiệu vào Nó có thể được sử dụng để phát ra tín hiệu xung vuông và xung tam giác sao cho phù hợp với kênh truyền

1.2.2.3 Khuếch đại của bộ phát và bộ thu (Signal Amplification)

Tín hiệu từ nguồn thường rất nhỏ Thậm chí sau khi điều chế, nó không đủ mạnh để bộ phận có thể thu được bởi vì phải chịu sự tác động cao của nhiễu trên đường dây điện lực Do đó, tín hiệu điều chế cần phải được khuếch đại trước khi đưa lên hoặc vừa mới nhận được từ đường dây điện lực

1.2.2.4 Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation)

Tần số điều chế được sử dụng trong bộ phát để điều chế tín hiệu vào Trong mạch thu, tín hiệu điều chế tần số này được khôi phục Với bộ dao động điều khiển bằng điện áp hoạt động tuyến tính và ổn định sử dụng cho điều chế tần số với độ méo nhỏ

1.3 Các giao thức truyền thông qua đường dây điện lực

Có nhiều công nghệ truyền thông trên đường dây điện đã được triển khai đến nay Đó là LonWorks, X – 10, OFDM, Passport, CEBus, và chuẩn HomePlug Tất

cả các công nghệ này sẽ được thảo luận vắn tắt ở phần này

thiết bị âm thanh , mở cửa nhà để xe, truyền hình và nhiều hơn nữa

Các hệ thống X10 là đơn giản và dễ sử dụng Nó truyền qua bằng cách sử dụng kỹ thuật OOK trên mạng điện Chính xác hơn, nó sử dụng tín hiệu 120 kHz kéo dài trong 1 ms Những tín hiệu này được đồng bộ hoá với việc qua điểm 0 (cả hai đều tích cực và tiêu cực) của dòng điện tín hiệu AC Các đặc điểm kỹ thuật cho phép tín hiệu 120 khz có sai lệch tối đa 200 μs so với vị trí qua 0 Mỗi bit truyền

chiếm hai điểm qua không ; Bit 1 là đại diện của một burst theo sau không có burst, trong khi bit 0 là không có-burst theo sau một burst Hình 1-8 hiển thị thời gian mối quan hệ của các bursts liên quan đến điểm qua 0

một-Hình 1.5: X10 timing on 60 Hz waveform

Một gói X10, hiển thị trong hình 2-50, bao gồm mười một chu kỳ của dòng điện Nó bắt đầu với một khởi đầu cho dạng định dạng gói, bao gồm các chuỗi 'burst, burst, burst, noburst', trong đó chiếm hai chu kỳ đầu tiên (bốn điểm qua 0) Tiếp theo bốn chu kỳ đại diện các nhà mã số, và cuối năm chu kỳ đại diện một số

mã (1 đến 16)

Chức năng hoặc một mã số (On, Off, vv) hoàn thành khối này luôn luôn được truyền hai lần, với 3 dòng điện chu kỳ giữa các nhóm của 2 mã số Do vậy tổng số chu kỳ cần thiết để hoàn thành một lần truyền là 2 * 11 + 3 = 25 chu kỳ dòng điện

Hinh 1.6:

X10 hoạt động đơn giản và có tốc độ bit thấp 25 chu kỳ dòng điện được yêu cầu truyền một khung - trong đó bao gồm 11 bit Vì vậy mà tốc độ bit là 60 * (11/25) = 26,4 bit / giây Tốc độ bit này chỉ là hữu ích cho các ứng dụng nhỏ, và quá chậm cho truyền tải âm thanh, video, chơi game mạng lưới giao thông, và các băng thông cao hơn mạng lưới giao thông Tuy nhiên, X10 là không tốn kém và dễ sử dụng, vì vậy nó là một lựa chọn phổ biến cho các nhà tự động hóa

1.3.2.Lonwork

Lonworks là một giao thức lớp mạng được tạo ra bởi Công ty cổ phần Echelon với mục đích hỗ trợ thông tin liên lạc giữa các thiết bị điều khiển hoặc các nodes Mỗi node trong mạng lưới – ví dụ như một chuyển đổi, cảm biến, xe máy, phát hiện chuyển động vv - thực hiện một công việc đơn giản Toàn thể mạng thực hiện các ứng dụng điều khiển phức tạp như tự động hóa tòa nhà

Các tiêu chuẩn mới nhất cho các giao thức được sử dụng mạng LAN Lonworks định các chuẩn về điều chế, trải phổ, kỹ thuật trải phổ có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất trong việc tín hiệu bị nhiễu Trải phổ cải thiện hiệu suất bằng cách sử dụng một băng thông rộng hơn cho việc truyền tin Mức độ cải thiện phụ thuộc vào băng thông có sẵn, hoặc nói cách khác là mức độ trải phổ Kỹ thuật trải phổ đầu tiên được sử dụng với một băng thông là 100 kHz - 400 kHz, nhưng băng thông này quá hẹp để thực hiện cung cấp hiệu suất có thể chấp nhận cho loại nhiễu này trên đường dây điện Ngoài ra, Châu Âu quy định cấm điện đường dây tín hiệu ở trên 150 kHz do khả năng can nhiễu với các dịch vụ phát thanh tần số thấp Thay vào đó, các sản phầm mới nhất của Echelon , các bộ thu phát PLT-22 , hoạt động bằng cách sử dụng chế độ tần số sóng mang kép cùng với kỹ thật xử lý tín hiệu số (DSP) Mục đích của DSP là cung cấp sóng mang thích nghi, tương quan dữ liệu, triệt nhiễu xung, giảm nhiễu và sửa lỗi mào đầu ở mức thấp

Các PLT-22 giao tiếp bằng cách sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK với dải tần khoảng 125 kHz - 140 kHz (chính) và 110 kHz -125 kHz (phụ)

Dải tần chính được sử dụng nhiều trừ khi thông tin bị ngăn chặn trong phạm

vi này Khi điều này xảy ra, các PLT-22 tự động chuyển mạch sang dải tần số phụ

Các PLT-22 giao tiếp tại tốc độ bit 5 kbps Điều này là nhanh hơn nhiều so với X10,

vì vậy phù hợp hơn cho việc điều khiển các thiết bị điện phức tạp

1.3.3 CEBus

Năm 1984, các Liên minh Công nghiệp điện tử (EIA) Tập đoàn Điện tử tiêu dùng đã bắt đầu một nỗ lực có mục tiêu là xây dựng một tiêu chuẩn cho một mạng lưới thông tin liên lạc cho các người tiêu dùng sản phẩm trong nhà Các tiêu chuẩn được gọi là CEBus) Các bộ kỹ thuật bao gồm các thông tin liên lạc khác nhau về nhiều các loại phương tiện bao gồm các đường dây điện, cáp đồng, cáp đồng trục, hồng ngoại, sóng vô tuyến , và sợi quang Các bộ kỹ thuật đã được gắn nhãn EIA-

600 Đầy đủ đặc điểm kỹ thuật đã được tiết lộ trong năm 1992

Đây là việc làm có liên quan với việc mã hóa tại lớp vật lý được thực hiện bởi CEBus CEBus sử dụng kỹ thuật không trở về số không (NRZ), mã hóa độ rộng xung Có bốn ký hiệu:'1 ','0', EOF, EOP Các ký hiệu này được mã hóa bằng cách sử dụng trải phổ chirp trong các băng thông 100 kHz đến 400 kHz Trong kỹ thuật trải phổ, tần số tín hiệu sóng mang được quét trên một loạt các tần số CEBus sử dụng một chuỗi các tần số quét lên và xuống tần số của sóng mang mỗi ký hiệu chiếm một khoảng thời gian 100 μs Khoảng cách tín hiệu này là thời gian ngắn nhất "1", hoặc đơn vị biểu tượng thời gian Đáp 0,1% lề của lỗi này cũng được xác định (100

ns cho 100 μs) Ngoài ra, thời gian để truyền tải nhị phân "1" là một đơn vị biểu tượng thời gian (100 μs), trong khi để truyền tải một nhị phân 0, đơn vị hai lần được

sử dụng biểu tượng (200 μs) Đối với nhị phân ngẫu nhiên 13 dữ liệu, các biểu tượng thời gian trung bình là 150 μs sau đó, cho một chút tỷ lệ 7,5 kbps Một đơn vị biểu tượng thời gian sẽ được hiển thị trong hình 1.10

Hình 1.7: CEBus spread spectrum chirp

Một điểm khác trong CEBus là phối hợp công suất giữa các pha tín hiệu điện trong nhà Có hai pha 60 Hz, L1 và L2, trong một ngôi nhà được lệch pha 180 độ Các trang thiết bị điện 120V –đồ gia dụng, đèn chiếu sáng, động cơ, vv – thông thường được kết nối vào L1 hay L2 Chỉ có thiết bị 240V kết nối vào L1 và L2 đồng thời cung cấp một đường dẫn tín hiệu giữa hai chi nhánh khác với sự phối hợp tối thiểu được cung cấp bởi các biến áp phân phối Vì vậy, một thiết bị CEBus 120V trên L1 có thể không giao tiếp với một thiết bị CEBus 120V trên L2 do không đủ tín hiệu phối hợp giữa L1 và L2 Để giúp giải quyết vấn đề này, các tiêu chuẩn của CEBus nói rằng, một bộ phối hợp tín hiệu nên được đặt giữa L1 và L2 khi cần thiết

để cải thiện việc truyền tín hiệu trong mạng lưới đường dây điện

1.3.4 HomePlug

Các đặc điểm kỹ thuật của HomePlug là phức tạp nhất trong tất cả công nghệ HomePlug có sự vượt bậc hơn, cao hơn tần số và băng thông được sử dụng X10, Lonworks và CEBus có tần số thấp hơn 500 kHz HomePlug giao tiếp bằng cách sử dụng Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) trong băng tần số 4,49-20,7 MHz Phương pháp ghép kênh này là tạo lên các sóng mang phụ Các sóng mang phụ được trực giao với nhau Trong băng thông 0 - 25 MHz, có 128 sóng mang phụ, trong đó HomePlug sử dụng 84, từ dải 4,49 đến 20,7 MHz

Trước khi được truyền đi, bit dữ liệu được xử lý bằng cách sử dụng một số mã chống lỗi Bit dữ liệu được điều chế lên sóng mang phụ bằng cách sử dụng DQPSK) hoặc DBPSK Toàn bộ quá trình là ngược lại tại phía thu

Ngoài việc này, HomePlug adapts vào kênh điều kiện Đặc biệt các khung được gửi và phân tích của người nhận để xác định loại của các sub-84 có sẵn cho các hãng vận chuyển thông tin liên lạc Các bản đồ tone (TM) sau đó được tạo ra và được sử dụng bởi người gửi-nhận cặp để kênh khác nhau để điều chỉnh điều kiện Chỉ tốt phụ mang được sử dụng để giao tiếp Ngoài ra, modulation các chương trình

có thể thay đổi (DBPSK hoặc DQPSK), và kiểm soát lỗi - mã hóa có thể được sửa đổi Tóm lại, 139 tỷ lệ khác biệt vật lý dữ liệu có sẵn từ 1Mbps đến 14,1 Mbps Một số nhà sản xuất đã chứng tỏ công nghệ HomePlug có triển vọng Phiên bản HomePlug V1.0 với các bài kiểm tra thiết bị trong nhà 500 cho thấy 80% các cặp được outlet thể giao tiếp với nhau ở khoảng 5 Mbps hoặc cao hơn, và có thể hỗ trợ 98% dữ liệu lớn hơn tỷ lệ 1 Mbps Các liên minh HomePlug đã công bố kế hoạch cho phát triển của thế hệ tiếp theo chi tiết kỹ thuật Tên HomePlug AV, mới đặc điểm kỹ thuật sẽ được thiết kế để hỗ trợ phân phối dữ liệu và đa phương tiện-streaming vui chơi giải trí bao gồm cả truyền hình High Definition (HDTV) và tỷ lệ

dữ liệu của 100 Mbps trong suốt cả nhà

Khả năng thích ứng là thực tế sức mạnh của HomePlug Rõ ràng, nếu các đường dây điện trở nên thô cho các kênh truyền thông, dữ liệu sẽ được tỷ lệ chậm, nhưng sẽ có độ tin cậy duy trì Lưu ý rằng HomePlug sử dụng một phương thức đa dạng tần số Nó cũng sử dụng phức tạp mã hóa và kiểm soát lỗi kỹ thuật modulation được tốt cho sự đáng tin cậy, nhưng computationally đang phát triển, điện năng tiêu thụ và đắt tiền HomePlug cung cấp tỷ lệ cao, đủ dữ liệu cho các phương tiện truyền thông tốc độ, nhưng phức tạp và chi phí của nó là nhiều hơn cần thiết

1.4 Một số ứng dụng thực tiễn của PLC

Có thể nói phạm vi ứng dụng của công nghệ PLC rất rộng lớn Ban đầu là truyền tải thông tin phục vụ ngành điện như hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển

trên đường dây điện lực

Hiện nay, công nghệ PLC đã được triển khai rộng khắp ở nhiều nước Hai lĩnh

vực áp dụng hiện nay của PLC là:

- Truy nhập nội hạt (last mile access)

- Kết nối mạng trong nhà (in – house networking)

Các dịch vụ của PLC luôn sẵn sàng tại mọi ổ điện và không cần thi công cáp, bao gồm: truy nhập băng thông rộng (tới 45Mbit/s hoặc hơn), các kết nối này luôn online, dich vụ thoại và fax, kết nối LAN (inhouse LAN) cho các PLC và máy in, các dịch vụ băng hẹp khác như (house automation, health care…)

Trên đây chỉ là một trong số phạm vi ứng dung nhất định hiện đang được áp dụng trên thế giới Trong tương lai, các thiết bị PLC có thể cung cấp băng thông tới vài chục Mbit/s (hiện nay DS2 đã cho thương mại hóa sản phẩm PLC băng thông đạt 45Mbit/s) để cung cấp các ứng dụng VoD, hội nghị truyền hình Có thể kể ra một số hướng ứng dụng cụ thể như sau

1.4.1 Ứng dụng trong các hệ thống quản lý, giám sát lưới điện và công tơ

Hình 1.8: Ứng dụng PLC trong quản lý điện

Mỗi công tơ điện được gắn thêm một thiết bị thu phát PLC, thông tin trên công tơ sẽ được truyền về trung tâm, như thế việc quản lý và thu thập số liệu sẽ đơn giản hơn rất nhiều so với cách làm truyền thống là phải cử người đến từng công tơ

để lấy số liệu Thêm nữa, số liệu trên công tơ điện có thể gửi đến nhà khách hàng tương ứng, như vậy người sử dụng sẽ kiểm soát được việc sử dụng điện của mình một cách hợp lý hơn

1.4.2 Truyền thông đường dài tốc độ cao

Với ứng dụng công nghệ PLC thì việc truyền thông tin đường dài, ngoài những công nghệ truyền thống như cáp quang, vi ba thì hiện nay đã có thêm một giải pháp, đó là dùng đường dây tải điện cao thế để kết hợp truyền thông tin tốc độ

cao Tuy có sự suy hao lớn do bức xạ ra ngoài không gian lên tầm xa bị hạn chế nhất định nhưng lại có ưu điểm rất lớn là đường dây tải điện cao thế từ hàng chục

KV đến hàng trăm KV đều có sẵn ở mọi nơi

1.4.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC

Hình 1.9: Mạng thông tin PLC

Thay vì phải đi từng đường cáp riêng biệt đến từng nhà người sử dụng, việc ứng dụng PLC cho phép tích hợp đường điện thoại, đường truyền Internet vào cùng một đường điện lưới

1.4.4 Ứng dụng trong gia đình – Intelligent home

Hình 1.10: Mô hình ứng dụng PLC trong gia đình – Intelligent home

Đó là ý tưởng cho một căn nhà hiện đại tự động hoàn toàn với các thiết bị điện được điều khiển theo ý muốn của người sử dụng Hầu hết các thiết bị điện trong nhà đều được tích hợp với modem PLC và người sử dụng có thể điều khiển bất kỳ thiết

bị nào ở mọi nơi trong nhà như các hệ thống chiếu sáng được quản lý và hoạt động

tự động do một máy tính trung tâm điều khiển, cánh cổng cũng được điều khiển đóng mở tự động hay các hệ thống báo động, camera đều được quản lý và điều khiển qua hệ thống PLC Không những thế, các thiết bị điện còn có thể tự động gửi thông tin ( nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng quả tải ) đến một máy chủ trong nhà để người

sử dụng có thể dễ dàng biết được tình trạng của toàn bộ các thiết bị Ta có thể thấy

rõ ràng rằng, nếu không sử dụng công nghẹ PLC cho hệ thống đa dạng như trên thì việc đi các đường cáp tín hiệu sẽ rất phức tạp

1.5 Kết luận chương

Công nghệ PLC hiện nay đã được ngày một hoàn thiện cho phép hệ thống truyền tin PLC là ưu việt cho truyền dẫn dữ liệu trên mạng lưới điện lực sẵn có với thông lượng tối đa và mức năng lượng tối thiểu Cách điều chế và phân bổ tần số tránh được xuyên nhiễu gây ra bởi sóng radio và các dịch vụ phát quảng bá khác Công nghệ tiên tiến bảo đảm sự truyền dẫn dữ liệu là an toàn bí mật

• Băng thông ngày một tăng lên đáp ứng đòi hỏi về truy cập dải rộng

• Đáp ứng nhu cầu tăng của mạng trong nhà

Lợi dụng mạng PLC mở ra các cơ hội kinh doanh mới - không chỉ trong lĩnh vực truy nhập mà còn các dịch vụ đi kèm với PLC Hệ thống PLC đang ở giai đoạn

phát triển ban đầu Công nghệ đang tiếp tục phát triển, có thêm nhiều đặc tính hiệu quả trong những dòng sản phẩm tiếp theo Một hệ thống PLC có thể mở rộng vô hạn từ nhỏ thành lớn và thêm các dịch vụ giátrị gia tăng

 Những thuận lợi tiềm năng của công nghệ PLC:

Mô hình viễn thông này đã có rất nhiều thuận lợi so với các loại hình khác, bao gồm mạng truy nhập được thiết lập ở tốc độ cao và các kết nối chuyên dụng Những thuận lợi này tạo cho công nghệ PLC một phương án hấp dẫn cho các hệ thống viễn thông

Trong mô hình PLC, các mạng LAN nhỏ được tạo ra, chúng kết thúc tại mỗi trạm điện khu vực Những mạng LAN này sẽ cùng chia sẻ các luồng E1/T1 kết nối Internet, điện thoại, truyền hình cáp tương tự như luồng E1/T1 thuê riêng Mỗi người sử dụng riêng sẽ được tốc độ cực lớn, tăng nhiều so với việc kết nối qua modem điện thoại 28,8Kbps hoặc 56Kbps như đã thấy trong phần so sánh PLC với các công nghệ truy nhập băng rộng khác

Một thuận lợi kết hợp khác nữa đối với mô hình PLC là nó hoạt động tốt trên

hạ tầng mạng điện lực đang tồn tại Chỉ có các thiết bị Headend tại trạm biến áp, những bộ Homegateway và các PLC modem là cần phải lắp đặt để thiết lập một mạng PLC

Các đường dây thông tin đa mục đích và chuyên dụng đưa ra mô hình PLC một lựa chọn hấp dẫn cho kỷ nguyên thông tin Băng tần rộng và ghép kênh phân chia theo tần số cho phép rất nhiều đường dây cùng đến một nhà Một cách lý tưởng thì toàn bộ gia đình có thể sử dụng tất cả các thiết bị thông tin đồng thời, kể cả điện thoại, truyền hình cáp, PC mà không có thiết bị nào bị ngắt

Công nghệ Power line communication là một sự lựa chọn hấp dẫn để kết nối internet, điện thoại, truyền hình cáp thông qua một công nghệ truy nhập băng rộng với chi phí cho mạng truy nhập tương đối thấp Cần chú ý rằng, theo tổng kết cơ sở

hạ tầng của mạng truy nhâph nội hạt đối với một hệ thống khai thác viễn thông chiếm khoảng 50% tổng đầu tư của một nhà khai thác viễn thông cho tonà bộ cơ sở

hạ tầng mạng lưới viễn thông của họ Thêm nữa, tốc độ truy cập cao của nó sẽ đưa

ra cho khách hàng các dịch vụ truy nhập internet, video theo yêu cầu, điện thoại nội hạt, đường dài và các dịch vụ gia tăng khác

 Đối với công nghệ PLC ta thấy có những hấp dẫn sau :

• Công nghệ PLC hiện nay đã được ngày một hoàn thiện cho phép hệ thống truyền tin PLC là ưu việt đối với truyền dẫn dữ liệu trên mạng lưới điện lực sẵn có với thông lượng tối đa và công suất thấp

• Phương pháp điều chế và phân bổ tần số tránh được xuyên nhiễu gây ra bởi sóng vô tuyến và các dịch vụ phát quảng bá khác Công nghệ tiên tiến đảm bảo sự truyền dẫn dữ liệu là an toàn

• Với nhà cung cấp mới, việc xây dựng cơ sở hạ tầng truy nhập nội hạt chiếm một tỷ trọng đầu tư rất lớn (tới khoảng 50% tổng đầu tư) trong khi PLC lại tần dụng toàn bộ cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng lưới điện lực

• Hiện nay có nhiều lựa chọn, ví dụ: cáp đồng trục, DSL, và truyền dữ liệu vô tuyến:

- Nhà cung cấp điện thoại thì lựa chon công nghệ DSL để tăng băng thông của lớp “truy nhập nội hạt” của họ

- Nhà cung cấp dịnh vụ trên cơ sở mạng cáp thì lựa chọn công nghệ dùng cáp đồng trục

- Còn các nhà cung cấp khác muốn dùng công nghệ vô tuyến

• Ngành điện lựa chọn công nghệ PLC để tận dụng mạng lưới điện sẵn có

• Ngoài nhu cầu cung cấp dịch vụ đến từng khách hàng, nó cũng có thể dùng

để thiết lập mạng LAN gia đình (in-house LAN)

• Công nghệ PLC đang ngày càng nhận được sự quan tâm nhiều trên thị trường viễn thông bởi lẽ nó cho phép đáp ứng được một nhu cầu đang ngày càng phát triển mạnh của người dùng đó là nhu cầu thông tin dữ liệu băng rộng tốc độ cao với chi phí ít tốn kém hơn

 Mục tiêu của mạng PLC băng thông rộng:

Mạng truy nhập băng rộng sử dụng công nghệ PLC hiện tại và trong tương lai cần đạt được các mục tiêu sau đây để trở thành công nghệ ứng dụng và là sự lựa chọn hàng đầu cho các nhà khai thác viễn thông trong việc lựa chọn các giải pháp cho mạng truy nhập băng rộng:

• Khả năng đưa đến 100% hộ gia đình và các doanh nghiệp nhỏ

• Băng thông đạt tới 45 Mbps trên đường hạ thế

• Quản lý mềm dẻo chất lượng dịch vụ

• Cung cấp dịch vụ ở bất cứ nới đâu mà đường cáp điện đi tới (ở Việt nam đường cáp điện phủ sóng tới 95 % dân số) mà không cần kéo cáp mới

• Phát triển nhanh chóng

• Chi phí đầu tư thấp

• Tác dụng dìm giá trong mạng điện

• Giảm chi phí

Nhưng thực tế đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, cho đến nay các đặc tính cụ thể của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả Phần tiếp theo của chương sẽ trình bày về yếu

tố ảnh hưởng, các kỹ thuật phối ghép, điều chế và mã hóa tín hiệu trên đường dây điện lực nhằm giảm thiểu những ảnh hưởng gây nên do đặc tính của kênh