Đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn homeplug AV

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THỊNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2015 ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THỊNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Trúc Mai Hà Nội - 2015 i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho phép gửi lời cảm ơn chân thành tới người giúp đỡ, ủng hộ suốt trình học tập, nghiên cứu Cho phép gửi lời cảm ơn đến thầy, cô giáo tận tình giảng dạy, giúp đỡ thời gian học tập Trường Đại học Công nghệ nơi đào tạo, cung cấp điều kiện tốt cho học viên học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Trần Trúc Mai, người thầy hướng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ hướng dẫn tôitrong suốt trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn Cuối cùng, cho phép gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp; người ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi; tạo điều kiện tốt cho tôihoàn thành công việc học tập nghiên cứu./ Hà Nội, tháng 5năm 2015 Phạm Văn Thịnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ Công nghệ Thông tin “Đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV” công trình nghiên cứu Những nội dung trình bày luận văn kết nghiên cứu cá nhân kết tổng hợp từ nguồn tài liệu khác Các thông tin tổng hợp hay kết lấy từ nguồn tài liệu khác trích dẫn cách đầy đủ hợp lý, rõ nguồn trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Kết nghiên cứu chưa công bố công trình nghiên cứu từ trước đến nay./ Hà Nội, tháng 5năm 2015 Phạm Văn Thịnh iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN 1.1 Tổng quan truyền liệu 1.1.1 Mô hình truyền thông 1.1.2 Mô hình truyền liệu 1.2 Giới thiệu công nghệ truyền thông qua đường dây điện (PLC) 1.2.1 Tổng quan công nghệ PLC 1.2.2 Ưu điểm nhược điểm công nghệ PLC 10 1.3 Nguyên lý hoạt động mạng PLC nhà 11 1.3.1 Giới thiệu mạng PLC nhà 11 1.3.2 Kiến trúc phân tầng 12 1.4 Kết luận 16 Chương 2.TIÊU CHUẨN HOMEPLUG VÀ ỨNG DỤNG 17 2.1 Các tiêu chuẩn HomePlug 17 2.1.1 Giới thiệu HomePlug Powerline Alliance 17 2.1.2 Chuẩn HomePlug AV 18 2.2 Một vài ứng dụng tiêu chuẩn HomePlug 19 2.2.1 Nối mạng băng rộng toàn tòa nhà 19 2.2.2 Nối mạng truyền hình độ nét cao (HDTV) 20 2.2.3 Chơi game 21 2.3 Kết luận 21 Chương MỘT SỐ THIẾT BỊ PLC TRÊN THỊ TRƯỜNG 23 3.1 Một số thiết bị thị trường giới 23 3.1.1 Modem USB PLC 23 3.1.2 Modem Ethernet PLC 23 3.1.3 Modem TV cable PLC 25 3.1.4 Modem PLC/Wi-Fi 26 3.1.5 Modem PLC đa chức 26 3.1.6 Modem thoại âm PLC 27 3.2 Một số thiết bị thị trường nước 28 3.3 Thí nghiệm mạng PLC nhà 28 3.3.1 Các thiết bị sử dụng thí nghiệm 28 3.3.2 Các thí nghiệm kết nối mạng PLC nhà 31 3.4 Kết luận 39 iv Chương TÌM HIỂU MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN 40 4.1 Môi trường truyền dẫn đường dây điện 40 4.1.1 Cấu trúc vật lý 40 4.1.2 Nhiễu 41 4.1.3 Các đặc trưng môi trường truyền dẫn đường dây điện 44 4.1.4 Mô hình kênh PLC 46 4.2 Kết luận 52 Chương MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV 53 5.1 Mô nhiễu hệ thống PLC 53 5.2 Mô kênh truyền PLC kênh Rayleigh Fading 54 5.3 Điều chế tín hiệu BPSK, QPSK 55 5.4 Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM 55 5.5 Tính thông lượng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC 56 5.6 Kết mô 56 5.7 Kết luận 66 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Phụ lục THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỘT SỐ THIẾT BỊ PLC TRÊN THỊ TRƯỜNG TRONG NƯỚC 69 Phụ lục CÁC HÀM SỬ DỤNG TRONG MÔ PHỎNG 73 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AWGN BPL DSL IV LAN LV MAC MODEM MPDU MV OFDM OSI PC PLC PPDU WAN Additive White Gaussian Noise (Nhiễu trắng Gaussian cộng) Broadband Powerline (Đường dây điện băng rộng) Digital Subcriber Line (Kênh thuê bao số) Indoor Voltage (Điện áp nhà) Local Area Network (Mạng cục bộ) Low Voltage (Hạ thế) Medium Access Control (Kiểm soát truy nhập đường truyền) MOdulator and DEModulator (Thiết bị điều chế giải điều chế) MAC Protocol Data Unit (Đơn vị liệu giao thức MAC) Medium Voltage (Trung thế) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Ghép kênh phân chia tần số trực giao) Open Systems Interconnection (Kết nối hệ thống mở) Personal Computer (Máy tính cá nhân) PowerLine Communication (Truyền thông qua đường dây điện) Physical Protocol Data Unit (Đơn vị liệu giao thức vật lý) Wide Area Network (Mạng diện rộng) vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối chung mô hình truyền thông đơn giản Hình 1.2 Ví dụ mô hình truyền thông đơn giản Hình 1.3 Mô hình truyền liệu đơn giản Hình 1.4 Cấu trúc mạng lưới cung cấp điện Hình 1.5 Các công nghệ PLC tốc độ thấp cao 10 Hình 1.6 Sơ đồ mạng PLC nhà 12 Hình 1.7 Vị trí công nghệ PLC mô hình OSI 13 Hình 1.8 Các băng tần phân bổ cho mạng PLC 14 Hình 1.9 Công nghệ PLC mô hình OSI 14 Hình 1.10 Đóng gói địa MAC Home Plug 1.0 15 Hình 1.11 Truyền liệu kiến trúc truy nhập PLC 16 Hình 2.1 Website tổ chức HomePlug 18 Hình 2.2 Dải tần số HPAV 19 Hình 2.3 Phổ OFDM HPAV 19 Hình 2.4 Các sản phẩm HomePlug nối mạng nhà 20 Hình 2.5 Nối mạng truyền hình độ nét cao qua đường dây điện 21 Hình 2.6 Chơi game sử dụng kết nối qua đường dây điện 21 Hình 3.1 Modem F@st Plug type Sagem USB PLC 23 Hình 3.2 Modem Devolo Ethernet PLC loại dLAN Ethernet HighSpeed 85 24 Hình 3.3 Modem Devolo PLC loại dLAN duo với giao diện USB Ethernet 24 Hình 3.4 Các thiết bị Devolo HomePlug AV PLC 25 Hình 3.5 Modem truyền hình cáp PLC Corinex CableLAN, cáp TV, đầu nối F-type chia 25 Hình 3.6 Modem Thesys and Devolo PLC/Wi-Fi 26 Hình 3.7 Modem PLC Hub NetGear Thesys NetPlug 26 Hình 3.8 Modem Devolo ADSL/router PLC 27 Hình 3.9 Modem âm PLC Devolo MicroLink dLAN 27 Hình 3.10 Ứng dụng Tenda 200Mbps Powerline Adapter P200 29 Hình 3.11 Ứng dụng Tenda PW201A Powerline Wireless N300 31 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối 02 máy tính sử dụng cáp Ethernet 31 Hình 3.13 Kiểm tra cấp phát địa IP cho Laptop 32 Hình 3.14 Kiểm tra kết nối Laptop PC 33 Hình 3.15 Tốc độ truyền liệu mạng PLC 33 Hình 3.16 Tốc độ truyền liệu mạng LAN 34 Hình 3.17 Sơ đồ kết nối 02 máy tính có sử dụng wifi 34 Hình 3.18 Kết nối từ Laptop đến PW201A 35 vii Hình 3.19 Kiểm tra cấp phát địa IP cho Laptop 36 Hình 3.20 Kiểm tra kết nối Laptop PC 36 Hình 3.21 Tốc độ truyền liệu mạng PLC 37 Hình 3.22 Sơ đồ kết nối Internet sử dụng cáp Ethernet 37 Hình 3.23 Kiểm tra kết nối Internet Laptop sử dụng cáp Ethernet 38 Hình 3.24 Sơ đồ kết nối Internet sử dụng wifi 38 Hình 3.25 Kiểm tra kết nối Internet Laptop sử dụng wifi 39 Hình 4.1 Sơ đồ đơn giản mạng điện nhà 41 Hình 4.2 Các loại nhiễu môi trường PLC 41 Hình 4.3 Mô hình mật độ phổ cho nhiễu tổng quát 43 Hình 4.4 Ví dụ số xung đo miền thời gian mạng PLC 44 Hình 4.5 Mô hình phản xạ biểu diễn mô hình kênh PLC đa đường 46 Hình 4.6 Mô hình Philipps 49 Hình 4.7 Cấu trúc mạng đa đường đơn giản 51 Hình 5.1 Biên độ pha kênh PLC với N =4 54 Hình 5.2 Sơ đồ mô hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện 57 Hình 5.3 BER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh Rayleigh Fading có nhiễu 63 Hình 5.4 PER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh Rayleigh Fading có nhiễu 64 Hình 5.5 Thông lượng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC với N =4 65 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong thời đại Công nghệ Thông tin, để cung cấp thông tin đến người sử dụng cuối, công nghệ phổ biến sử dụng bao gồm công nghệ đường dây điện thoại, cáp Ethernet, cáp quang, không dây vệ tinh Tuy nhiên, công nghệ có giới hạn chi phí tính sẵn sàng cho số lượng người dùng lớn Bên cạnh đó, việc xây dựng hệ thống cần phải đầu tư sở hạ tầng tốn kinh phí tốn thời gian để lắp đặt Từ trước, đường dây điện sử dụng cho việc truyền tải điện Tuy nhiên, với xuất công nghệ mạng đại đặt ranhu cầu cho nhà cung cấp dịch vụ phải tìm giải pháp có khả cung cấp dịch vụ tới người dùng mức chi phí thấp hiệu cao Gần đây, vấn đề truyền thông qua đường dây điện quan tâm đến với mục đích truyền liệu Tiềm đường dây điện trở thành đường truyền mạnh để truyền không tín hiệu điện tín hiệu điều khiển mà liệutốc độ cao nội dung đa phương tiện Ưu điểm việc sử dụng đường dây điện làm phương tiện truyền liệu hầu hếtcác tòa nhà hộ gia đình trang bị đường dây điện kết nối tới lưới điện Các hệ thống truyền thông qua đường dây điện sử dụng dây điện có sẵn làm phương tiện truyền để cung cấp điểm truy cập mạng tốc độ cao nơi có ổ cắm điện Ngoài ra, việc xây dựng mạng nhà sử dụng đường dây điện có sẵn dễ dàng chi phí thấp việc phải lắp đặt thêm dây cáp điểm nhà Trên sở đó, hệ thống truyền thông qua đường dây điện có ưu điểm dễ cài đặt, ổ cắm điện sẵn có, thông lượng cao, chi phí thấp, an toàn tin cậy “Kể từ xuất sản phẩm truyền thông qua đường dây điện (PLC) vào đầu năm 2000, công nghệ PLC trải qua cải tiến lớn với mục đích cung cấp hiệu tối ưu.Ngày nay, PLC đạt tới hiệu so sánh với công nghệ LAN khác với lợi dễ triển khai nhiều” [3] Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tập trung vào việc giải công việc: - Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ truyền thông qua đường dây điện; 60 chan_awgn = chan_awgn./H1; chan_awgn1 = chan_awgn1./h1; chan_awgn_qpsk = chan_awgn_qpsk./H1(1: ceil(nBitPerPacket/2)); chan_awgn1_qpsk = chan_awgn1_qpsk./h1(1: ceil(nBitPerPacket/2)); demod_Data = BPSKDeMod (chan_awgn); %Giải điều chế tín hiệu BPSK qua kênh PLC nhiễu trắng demod_Data1 = BPSKDeMod (chan_awgn1); %Giải điều chế tín hiệu BPSK qua kênh Rayleigh Fading nhiễu trắng demod_Data2 = BPSKDeMod (chan_awgn2); %Giải điều chế tín hiệu BPSK qua kênh nhiễu trắng demod_Data_qpsk = QPSKDeMod (chan_awgn_qpsk); %Giải điều chế tín hiệu QPSK qua kênh PLC nhiễu trắng demod_Data1_qpsk = QPSKDeMod (chan_awgn1_qpsk); %Giải điều chế tín hiệu QPSK qua kênh Rayleigh Fading nhiễu trắng demod_Data2_qpsk = QPSKDeMod (chan_awgn2_qpsk); %Giải điều chế tín hiệu QPSK qua kênh nhiễu trắng ber(i1,i2)=BER(t_data,demod_Data); ber1(i1,i2)=BER(t_data,demod_Data1); ber2(i1,i2)=BER(t_data,demod_Data2); ber_qpsk(i1,i2)=BER(t_data,demod_Data_qpsk); ber1_qpsk(i1,i2)=BER(t_data,demod_Data1_qpsk); ber2_qpsk(i1,i2)=BER(t_data,demod_Data2_qpsk); if (ber(i1,i2)==0) nPacketErr(i1,i2) = 0; else nPacketErr(i1,i2) = 1; end if (ber1(i1,i2)==0) nPacketErr1(i1,i2) = 0; else nPacketErr1(i1,i2) = 1; end if (ber2(i1,i2)==0) nPacketErr2(i1,i2) = 0; else nPacketErr2(i1,i2) = 1; end 61 if (ber_qpsk(i1,i2)==0) nPacketErr_qpsk(i1,i2) = 0; else nPacketErr_qpsk(i1,i2) = 1; end if (ber1_qpsk(i1,i2)==0) nPacketErr1_qpsk(i1,i2) = 0; else nPacketErr1_qpsk(i1,i2) = 1; end if (ber2_qpsk(i1,i2)==0) nPacketErr2_qpsk(i1,i2) = 0; else nPacketErr2_qpsk(i1,i2) = 1; end end end berTotal=zeros(1,length(snr)); berTotal1=zeros(1,length(snr)); berTotal2=zeros(1,length(snr)); berTotal_qpsk=zeros(1,length(snr)); berTotal1_qpsk=zeros(1,length(snr)); berTotal2_qpsk=zeros(1,length(snr)); nPacketErrTotal = zeros(1,length(snr)); nPacketErrTotal1 = zeros(1,length(snr)); nPacketErrTotal2 = zeros(1,length(snr)); nPacketErrTotal_qpsk= zeros(1,length(snr)); nPacketErrTotal1_qpsk = zeros(1,length(snr)); nPacketErrTotal2_qpsk = zeros(1,length(snr)); for i=1:nPacket berTotal = berTotal + ber(i, :); berTotal1 = berTotal1 + ber1(i, :); berTotal2 = berTotal2 + ber2(i, :); berTotal_qpsk = berTotal_qpsk + ber_qpsk(i, :); berTotal1_qpsk = berTotal1_qpsk + ber1_qpsk(i, :); 62 berTotal2_qpsk = berTotal2_qpsk + ber2_qpsk(i, :); nPacketErrTotal=nPacketErrTotal + nPacketErr(i,:); nPacketErrTotal1=nPacketErrTotal1 + nPacketErr1(i,:); nPacketErrTotal2=nPacketErrTotal2 + nPacketErr2(i,:); nPacketErrTotal_qpsk=nPacketErrTotal_qpsk + nPacketErr_qpsk(i,:); nPacketErrTotal1_qpsk= nPacketErrTotal1_qpsk + nPacketErr1_qpsk(i,:); nPacketErrTotal2_qpsk= nPacketErrTotal2_qpsk + nPacketErr2_qpsk(i,:); end berTotal=berTotal/nPacket; berTotal1=berTotal1/nPacket; berTotal2=berTotal2/nPacket; berTotal_qpsk=berTotal_qpsk/nPacket; berTotal1_qpsk=berTotal1_qpsk/nPacket; berTotal2_qpsk=berTotal2_qpsk/nPacket; per=nPacketErrTotal/nPacket; per1=nPacketErrTotal1/nPacket; per2=nPacketErrTotal2/nPacket; per_qpsk=nPacketErrTotal_qpsk/nPacket; per1_qpsk=nPacketErrTotal1_qpsk/nPacket; per2_qpsk=nPacketErrTotal2_qpsk/nPacket; 6) Vẽ đồ thị % Đồ thị BER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh fading Rayleigh có nhiễu semilogy(EbNo,berTotal,' or',EbNo,berTotal1,'-.dg',EbNo,berTotal2,'-sr', EbNo ,berTotal_qpsk,' ob', EbNo ,berTotal1_qpsk,'-.dm',EbNo,berTotal2_qpsk,'sb','linewidth',2); grid on; legend('BPSK qua PLC+AWGN','BPSK qua Rayleigh+AWGN','BPSK qua AWGN','QPSK qua PLC+AWGN', 'QPSK qua Rayleigh+AWGN','QPSK qua AWGN ', 'Location','SouthEast'); xlabel('SNR (dB)'); ylabel('BER'); title('BER cho BPSK, QPSKqua kenh AWGN, qua kenh PLC va kenh Rayleigh Fading co nhieu'); 63 Hình 5.3BER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh RayleighFadingcó nhiễu Hình 5.3 biểu diễn đồ thị BER theo SNR tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC có nhiễu trắng AWGN; qua kênh Rayleigh Fading có nhiễu trắng AWGN qua kênh có nhiễu trắng AWGN Các tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh AWGN kênh Rayleigh Fading có nhiễu trắng AWGN gần trùng khớp với Tuy phần mô phỏng, tín hiệu BPSK, QPSK chưa tạo thành tín hiệu OFDM trước truyền qua kênh Rayleigh Fading thấy kênh Rayleigh Fading ảnh hưởng không nhiều đến tín hiệu Trong tín hiệu BPSK, QPSKqua kênh PLC có nhiễu trắng AWGN có tỷ lệ BER cao tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh AWGN kênh Rayleigh Fading có nhiễu trắng AWGN với giá trị SNR Có thể thấy ảnh hưởng kênh truyền PLC tín hiệu lớn phải đến giá trị SNR=35 dB tín hiệu BPSKtruyền qua kênh PLC với tín hiệu QPSK truyền qua kênh PLC phải đến giá trị SNR=40dB không lỗi bít Các đường cong BER tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC có độ dốc thấp đường cong BER tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh AWGN kênh Rayleigh Fading có nhiễu trắng AWGN cho thấy hiệu tín hiệu qua kênh PLC thấp; thấp tín hiệu QPSK qua kênh PLC Cũng quan sát thấy tất kênh truyền, tín hiệu QPSK có tỷ lệ lỗi bít cao tín hiệu BPSK 64 % Đồ thị PER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh fading Rayleigh có nhiễu semilogy(EbNo,per,' or',EbNo,per1,'-.dg',EbNo,per2,'-sr', EbNo,per_qpsk,' ob ', EbNo ,per1_qpsk,'-.dm',EbNo,per2_qpsk,'-sb','linewidth',2); grid on; legend('BPSK qua PLC+AWGN','BPSK qua Rayleigh+AWGN','BPSK qua AWGN','QPSK qua PLC+AWGN', 'QPSK qua Rayleigh+AWGN','QPSK qua AWGN ', 'Location','SouthEast'); xlabel('SNR (dB)'); ylabel('PER'); title('PER cho BPSK, QPSKqua kenh AWGN, qua kenh PLC va kenh Rayleigh Fading co nhieu'); Hình 5.4PER BPSK, QPSK qua kênh AWGN, qua kênh PLC kênh RayleighFadingcó nhiễu Hình 5.4 biểu diễn đồ thị tỷ lệ gói tin lỗi (PER) theo SNR tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC có nhiễu trắng AWGN; qua kênh Rayleigh Fading có nhiễu trắng AWGN qua kênh có nhiễu trắng AWGN So với kênh nhiễu trắng AWGN kênh Rayleigh Fading có nhiễu trắng AWGN, đường PER tín hiệu BPSK qua kênh PLC nằm ngang, bắt đầu giảm từ SNR=30 dB không gói tin lỗi từ SNR=35 dB từ giá trị SNR tỷ lệ BER =0 Trong đường PER tín hiệu QPSK qua kênh PLC bắt đầu giảm từ SNR=35 dB không gói tin lỗi SNR = 40 dB 65 % Tính thông lượng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC nB_b=1; % Số bit sóng mang phụ với BPSK nB_q=2; % Số bit sóng mang phụ với QPSK rFEC = 1; % Tốc độ mã hóa FEC Ts=46.5; theo [4] % Khoảng thời gian (µs) 01 tín hiệu OFDM theo chuẩn HPAV D_b= (nSubCar*nB_b*rFEC/Ts); D_q= (nSubCar*nB_q*rFEC/Ts); R_b=D_b*(1 -per); R_q=D_q*(1 -per_qpsk); semilogy(EbNo,R_b,' or',EbNo,R_q,' ob','linewidth',2); grid on; legend('BPSK','QPSK','Location','SouthWest'); xlabel('SNR (dB)'); ylabel('Thong luong (Mbps) '); title('Thong luong cho BPSK, QPSKsu dung OFDM'); Hình 5.5Thông lượng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC với N =4 Hình 5.5 biểu diễn thông lượng tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC với 04 đường (N=4) 66 Thông lượng tín hiệu BPSK xuất từ SNR=30 dB (khoảng Mbps); với giá trị SNR trước thông lượng không tỷ lệ PER cao Sau tăng lên xấp xỉ 19.7 Mbps SNR =35 dB SNR = 40 dB giá trị không gói tin bị lỗi truyền Thông lượng tín hiệu QPSK xuất từ SNR=30 dB (khoảng 0.3 Mbps) với giá trị SNR trước thông lượng không tỷ lệ PER cao Thông lượng thấp thông lượng tín hiệu BPSK giá trị SNR tỷ lệ PER tín hiệu QPSK lúc cao nhiều so với tỷ lệ PER tín hiệu BPSK Tại SNR=35 dB, tỷ lệ PER tín hiệu BPSK không tỷ lệ PER tín hiệu QPSK giảm nhanh với tốc độ truyền tín hiệu QPSK gấp đôi tốc độ truyền tín hiệu BPSK nên thông lượng tín hiệu QPSK tăng nhanh (hơn 35 Mbps) Thông lượng tín hiệu QPSK cao (xấp xỉ 39.5 Mbps) SNR= 40 dB gấp đôi thông lượng tín hiệu BPSK giá trị SNR lúc tỷ lệ PER tín hiệu BPSK QPSK không tốc độ truyền tín hiệu QPSK gấp đôi tốc độ truyền tín hiệu BPSK So sánh với tốc độ truyền liệu thực tế mạng điện nhà thí nghiệm Chương trung bình khoảng 1.8 Mbps cho 02 trường hợp sử dụng cáp Ethernet để kết nối PC, Laptop với thiết bị PLC sử dụng wifi để kết nối Laptop với thiết bị PLC thấy tốc độ truyền liệu mô từ giá trị SNR = 35 dB trở cao khoảng 10 lần với điều chế BPSK khoảng 20 lần với điều chế QPSK Tuy nhiên, thông số kỹ thuật thiết bị không cho biết thiết bị hoạt động giá trị SNR nên việc so sánh hạn chế Tốc độ truyền liệu thí nghiệm thấp nguyên nhân mạng điện nhà có số đường nhiều mô gây phản xạ tín hiệu điểm có trở kháng không liên tục Đó chưa kể đến nhiễu trắng AWGN liệu truyền bị ảnh hưởng loại nhiễu khác ảnh hưởng chất lượng đường dây điện.Về lý thuyết, tốc độ truyền liệu thiết bị lên tới tốc độ 200 Mbps sử dụng điều chế 1024 QAM.Với 917 sóng mang sử dụng với điều chế 1024 QAM tốc độ bit 10 Số bit truyền 01 tín hiệu OFDM 9170 Thời gian truyền 01 tín hiệu OFDM 46.5 µs Tốc độ truyền 9170 bit/46.5 µs ~ 197 Mbps 5.7 Kết luận Chương mô hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV vẽ đồ thị BER, PER theo SNR từ tính thông lượng tín hiệu qua hệ thống Qua việc phân tích kết mô so sánh với kênh truyền có nhiễu AWGN, kênh Rayleigh Fading kết thí nghiệm, chất lượng hệ thống PLC phụ thuộc nhiều vào môi trường truyền dẫn đường dây điện bao gồm cấu trúc mạng điện chất lượng dây dẫn 67 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu đề tài “Đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV”, học viên tìm hiểu vấn đề: - Tổng quan mô hình truyền liệu, số kiến thức tổng quan công nghệ PLC, ưu điểm nhược điểm PLC, nguyên lý hoạt động mạng PLC nhà; - Tổ chức HomePlug tổ chức phi lợi nhuận nghiên cứu tiêu chuẩn cho sản phẩm mạng đường dây điện nhà; chuẩn HomePlug AV; vài ứng dụng phổ biến tiêu chuẩn HomePlug; - Một số thiết bị PLC có thị trường giới nước; thực thí nghiệm kết nối thiết bị PLC sử dụng mạng điện nhà so sánh với kết kết nối mạng LAN tốc độ truyền liệu; - Cấu trúc vật lý, nhiễu, đặc trưng mô hình kênh truyền môi trường truyền dẫn đường dây điện; - Sử dụng chương trình MATLAB R2013a để mô hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV giới thiệu Chương vẽ đồ thị tỷ lệ bit lỗi (Bit Error Rate - BER), tỷ lệ gói tin lỗi (Packet Error Rate - PER) theo tỷ lệ tín hiệu nhiễu (Signal-to-Noise Ratio SNR) từ tính thông lượng tín hiệu qua hệ thống để đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện mô theo chuẩn HomePlug AV so sánh với hệ thống truyền thông tin qua kênh nhiễu trắng, kênh Rayleigh Fadingvà thiết bị thực tế thí nghiệm Với thời gian có hạn, luận văn chưa thực mô hệ thống truyền thông tin mạng LAN để so sánh với hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện để có đánh giá đầy đủ Tuy nhiên, với kết đạt được sử dụng để so sánh với thiết bị thực tế, luận văn nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho học viên khóa sau có nhu cầu tiếp tục phát triển đề tài truyền thông tin qua đường dây điện 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO J Anatory and N Theethayi (2010), Broadband Power-line Communication Systems - Theory and Applications,WIT Press, Southampton Francisco Javier Canete, Jose Antonio Cortes, Luis Diez, and Jose Tomas Entrambasaguas (2003), Modeling and Evaluation of the Indoor Power Line Transmission Medium, IEEE Communications Magazine Xavier Carcelle (2006), Power Line Communications in Practice, Artech House, Boston Mark E Hazen (2008), The Technology Behind HomePlug AV Powerline Communications, Intellon, pp.90-92 Halid Hrasnica, Abdelfatteh Haidine, Ralf Lehnert(2004), Broadband Powerline Communications Networks- Network Design,John Wiley and Sons, Ltd Mai Tran, George Zaggoulos, Andrew Nix and Angela Doufexi, Mobile WiMAX: Performance Analysis and Comparison with Experimental Results, Centre for Communications Research, University of Bristol, Bristol, United Kingdom Petr Mlynek, Martin Koutny, Jiri Misurec (2010), Multipath channel model of power lines, Electro revue ISSN 1213-1539 Vol 1, No 2, pp.48-53 Holger Philipps (1999), Modelling of powerline communication channels, Proc 3rd Intl Symp Power-Line Communications and Its Applications, Lancaster, UK, pp 14-21 Varinder Pal Singh (2012), Analysis of power line communication channel model using, Thesis of Master of Science,North Dakota State University, pp 15-17 10 William Stallings (2007), Data and Computer Communications, Eighth Edition, Prentice Hall, New Jersey 11 Manfred Zimmermann, Klaus Dostert(1999),A Multi-Path Signal Propagation Modelfor the Power Line Channel in the High Frequency Range,Proc 3rd Int Symp Powerline Communications and its Applications, pp.45-51 12 Manfred Zimmermann, Klaus Dostert,An Analysis of the Broadband Noise Scenario in Powerline Networks, Proc 4th Int Symp Powerline Communications and its Applications, Limerick Ireland, pp 131-138 13.http://www.gaussianwaves.com 14.http://www.homeplug.org 15.http://www.mathworks.com 16 http://www.vatgia.com 17.http://wifi.com.vn 69 Phụ lục THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỘT SỐTHIẾT BỊ PLC TRÊN THỊ TRƯỜNGTRONG NƯỚC 1.1 Một số thiết bị hãng Linksys 1.1.1 PowerLine AV Ethernet Adapter PLE200 Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps) Chuẩn kết nối Nguồn điện Trọng lượng (g) Kích thước (mm) 200 IEEE 802.3 IEEE 802.3u 100V~240V AC, 5060Hz 136 101.6 × 139.7 × 50.8 Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 1.1.2 Instant PowerLine Etherfast 10/100 Bridge PLEBR10 Thông số kỹ thuật [16] Chuẩn kết nối Cổng kết nối Nguồn điện Trọng lượng (g) Kích thước (mm) IEEE 802.3 IEEE 802.3u RJ-45 100V~240V AC, 5060Hz 320 165 × 97 × 31.5 Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 1.1.3 PowerLine AV Ethernet Adapter Kit PLK200 Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps) Chuẩn kết nối Cổng kết nối Nguồn điện Trọng lượng (g) Kích thước (mm) 200 IEEE 802.3 IEEE 802.3u RJ-45 100V~240V AC, 5060Hz 136 101.6 × 139.7 × 50.8 Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 70 1.2 Một số thiết bị hãng Planet 1.2.1 Planet PL-501 200M Powerline Ethernet Bridge Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps) Chuẩn kết nối Cổng kết nối 200 IEEE 802.3 IEEE 802.3u RJ-45 Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 1.2.2 Planet PL-201 85M Powerline Ethernet Bridge Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps) Chuẩn kết nối Cổng kết nối Nguồn điện Kích thước (mm) Trọng lượng (g) 85 IEEE 802.3 IEEE 802.3u RJ-45 100V~240V 69 x 90 x 60 130 Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 1.3 Một số thiết bị hãng Tenda 1.3.1 Tenda P200 Powerline 200Mbps Adapter Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps): 200 IEEE 802.3 Chuẩn kết nối IEEE 802.3u Cổng kết nối RJ-45 Nguồn điện AC 100V-240V 50/60Hz Kích thước (mm) 53mm × 53mm × 27mm Đơn vị cung cấp: Cty Cổ phần đầu tư thương mại H2K Việt Nam (wifih2k): http://wifi.com.vn Địa chỉ: 1062 Đường Láng, Đống Đa, Hà Nội Cty TNHHICE Việt Nam: http://phukiendientu.vn Địa chỉ: 15 Ngõ 71 Hoàng Văn Thái, Khương Trung, Thanh Xuân, Hà Nội 71 Doanh nghiệp tư nhân Ngân Thanh: http://www.maytinhnganthanh.com Địa chỉ: 39 Nguyễn Chí Thanh, P.9, Q.5 (Hồ Chí Minh) Cty TNHH MTV TM DV XNK Nhất Sơn: www.nhatson.vn/www.usbgiare.com Địa chỉ: 275 Nguyễn Thái Bình, P.4, Q.Tân Bình (Hồ Chí Minh) Siêu thị Điện Máy Online VMART: http://shop.voip.com.vn Cty TNHH Kho hàng Việt Nam: http://khohang.com.vn Vi tính Phương Nam: www.phuongnamvitinh.com/www.phuongnamcomputer.com 1.3.2 PowerLine Mini Adapter Tenda P200 Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps): 200 IEEE 802.3 Chuẩn kết nối IEEE 802.3u Cổng kết nối RJ-45Ethernet Nguồn điện AC 100V-240V 50/60Hz Kích thước (mm) 53mm × 53mm × 27mm Đơn vị cung cấp: Cty Cổ phần đầu tư thương mại H2K Việt Nam (wifih2k):http://wifi.com.vn Siêu thị Điện Máy Online VMART: http://shop.voip.com.vn 1.4 Một số thiết bị hãng FH-net 1.4.1 FH-net PLC Adapter FHC1103-R2 200M Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps): Chuẩn kết nối Cổng kết nối Nguồn điện 200 IEEE 802.3 IEEE 802.3u IEEE 802.1d RJ-45 100V~260V Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART: http://shop.voip.com.vn 1.4.2 FH-net PLC Adapter FHC1103-R8 Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền liệu (Mbps): 85 IEEE 802.11b Chuẩn kết nối IEEE 802.11g Cổng kết nối RJ-45 Nguồn điện 100V~260V Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART: http://shop.voip.com.vn 72 1.5 Thiết bị Airmobi HC-014của hãng Airmobi Thông số kỹ thuật [16] IEEE 802.3 Chuẩn kết nối IEEE 802.3u RJ-45 Cổng kết nối Ethernet Power jack Kích thước (mm) 185 × 140 × 85 Trọng lượng (g) 400 Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 73 Phụ lục CÁC HÀM SỬ DỤNG TRONG MÔ PHỎNG 2.1 Hàm BER Hàm BERđược xây dựng để thực tính tỷ lệ lỗi bít hai tín hiệu x y function ber = BER( x,y ) %Ham BER tinh ty le loi bit giua tin hieu x, y N=min(length(x), length(y)); error=0; for i=1:N if x(i)~=y(i) error=error+1; end ber=error/N; end 2.2 Hàm AWGNChan Hàm AWGNChan xây dựng để thực cộng nhiễu trắng Gaussian vào tín hiệu x với tỷ lệ tín hiệu nhiễu EbNodB function y = AWGNChan( x,EbNodB ) %Ham AWGNChan cong nhieu trang Gaussian vao tin hieu x, voi ty le tin hieu %tren nhieu la EbNodB (dB) EbNo=10.^(EbNodB/10); L=length(x); %Do dai tin hieu x Eb=norm(x)^2/L;% Tinh nang luong tin hieu No=Eb./EbNo;%Mat AWGN s=sqrt(No/2);%Tinh lech chuan noise =s*(randn(1,L) + j*randn(1,L) ); %Tao nhieu trang Gaussian lech chuan s y = x + noise;% Cong nhieu vao tin hieu x end 2.3 Hàm BPSKMod Hàm BPSKMod thực điều chế tín hiệu bit_stream theo phương thức BPSK function [ BPSK ] = BPSKMod( bit_stream) %Ham BPSKMod thuc hien dieu che tin hieu bit_stream theo phuong thuc BPSK N = length(bit_stream); BPSK=zeros(1,N); %Dinh nghia cua cac ky hieu BPSK for i=1:N if bit_stream(i)==0 BPSK(i)=exp(j*0); else BPSK(i)=exp(j*pi); end end end 74 2.4 Hàm BPSKDeMod Hàm BPSKDeMod thực giải điều chế tín hiệu BPSK thành tín hiệu nhị phân bit_stream function [ bit_stream ] = BPSKDeMod( BPSK ) %Ham BPSKDeMod thuc hien giai dieu che tin hieu BPSK tin hieu nhiphan bit_stream N = length(BPSK); for i=1:N if real(BPSK(i))> bit_stream(i)=0; else bit_stream(i)=1; end end end 2.5 Hàm QPSKMod Hàm QPSKMod thực điều chế tín hiệu bit_stream theo phương thức QPSK function [ QPSK ] = QPSKMod( bit_stream) %Ham QPSKMod thuc hien dieu che tin hieu bit_stream theo phuong thuc QPSK QPSK=zeros(1,length(bit_stream)/2); %Dinh nghia cua cac ky hieu QPSK for n=1:length(bit_stream)/2 rep=bit_stream(2*n); imp=bit_stream(2*n-1); if (imp==0)&&(rep==0) QPSK(n)=exp(j*pi/4); end if (imp==1)&&(rep==0) QPSK(n)=exp(j*3*pi/4); end if (imp==1)&&(rep==1) QPSK(n)=exp(j*5*pi/4);% -3*pi/4 end if (imp==0)&&(rep==1) QPSK(n)=exp(j*7*pi/4);% -pi/4 end end end 2.6 Hàm QPSKDeMod Hàm QPSKDeMod thực giải điều chế tín hiệu QPSK thành tín hiệu nhị phân bit_stream function [ bit_stream ] = QPSKDeMod( QPSK) %Ham QPSKDeMod thuc hien giai dieu che tin hieu QPSK tin hieu nhiphan bit_stream bhat=[real(QPSK)[...]... nhiễu, các đặc trưng và mô hình kênh truyền của môi trường truyền dẫn đường dây điện Đây là các cơ sở lý thuyết quan trọng để thực hiện mô phỏng ở chương tiếp theo - Chương 5.Mô phỏng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV. Chương này sử dụng chương trình MATLAB R2013a để mô phỏng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV đã được giới thiệu trong Chương... hiệu có thể truyền được qua hệ thống truyền Như vậy, đối với công nghệ truyền thông qua đường dây điện, để trao đổi được giữa hệ thống nguồn và hệ thống đích, dữ liệu do các hệ thống nguồn sinh ra phải được chuyển đổi để tạo ra các tín hiệu có thể truyền được qua đường dây điện Để hiểu về công nghệ truyền thông qua đường dây điện (PLC), chương nàygiới thiệu một số kiến thức tổng quan về công nghệ PLC,... từ lưới điện Truyền thông qua đường dây điện là một công nghệ sử dụng mạng điện trung và hạ thế để cung cấp các dịch vụ viễn thông PLC là tên chung cho công nghệ mạng truyền dữ liệu qua dây điện [3] Như vậy, có thể nói truyền thông qua đường dây điện là việc sử dụng các mạng lưới cung cấp điện năng cho mục đích truyền thông tin Trong đó, mạng lưới phân phối điện được sử dụng như môi trường truyền. .. Nghiên cứu, tìm hiểu tiêu chuẩn HomePlug AV; - Tìm hiểu một số thiết bị PLC trên thị trường thế giới và trong nước; thực hiện thí nghiệm kết nối các thiết bị PLC sử dụng mạng điện trong nhà; - Tìm hiểu môi trường truyền dẫn đường dây điện và thuộc tính truyền dẫn của mạng LAN; - Mô phỏng ,đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV; -Sử dụng kết quả mô phỏng... chức HomePlug [14] 2.1.2 .Chuẩn HomePlug AV Tổ chức HomePlug đã thiết lập đặc tả HomePlug 1.0 vào năm 2001 và tiếp tục phát triển tiêu chuẩn HomePlug AV (HPAV) vào năm 2005 HPAV là thế hệ tiếp theo của công nghệ từ tổ chức HomePlug với mục đích cung cấp việc nối mạng hướng giải trí chất lượng cao, đa luồng qua đường dây điện sẵn có trong nhà, tương thích với HomePlug 1.0 “HPAV triển khai các công nghệ... việc truyền dữ liệu thực tế, nhiều đường truyền vật lý khác nhau có thể được sử dụng (bao gồm cáp xoắn đôi, cáp đồng trục băng hẹp, cáp đồng trục băng rộng, cáp quang, đường dây điện, không dây hoặc radio, vi ba, vệ tinh…) Phạm vi luận văn này chỉ tập trung vào công nghệ truyền thông qua đường dây điện 1.1 Tổng quan về truyền dữ liệu 1.1.1 Mô hình truyền thông Sơ đồ chung của một mô hình truyền thông. .. chương nàygiới thiệu một cách tổng quan về truyền dữ liệu qua việc trình bày về mô hình truyền thông và minh họa ví dụ về một mô hình truyền dữ liệu đơn giản là việc gửi thư điện tử Qua đó, chúng ta hiểu mục đích cơ bản của một hệ thống truyền thông là trao đổi dữ liệu giữa hai bên (giữa hệ thống nguồn và hệ thống đích) qua hệ thống truyền. Dữ liệu do các hệ thống nguồn sinh ra được chuyển đổi bằng một... đơn vị cung cấp thiết bị trên thị trường trong nước để mua thiết bị và thực hiện thí nghiệm kết nối các thiết bị PLC sử dụng mạng điện trong nhà; - Sử dụng MATLAB để mô phỏng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV; qua đó đánh giá chất lượng hệ thống và so sánh với thiết bị thực tế trong thí nghiệm 4 Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm05 chương, cùng phần mở đầu, phần kết... 1945 Thời gian này nhiều đường điện và điện thoại được triển khai và có nhiều đường điện hạ tầng hơn là đường điện thoại Với mục đích truyền thông, các hệ thống được thiết kế để truyền dữ liệu qua đường dây cao thế hoặc trung thế học theo việc đọc đồng hồ đo điện từ xa đã được thực hiện trên đường dây điện Hình 1.5 minh họa những thay đổi trong công nghệ PLC phân loại theo tốc độ kể từ đầu những năm... cứu Phương pháp nghiên cứu luận văn thực hiện theo trình tự: - Nghiên cứu các tài liệu về công nghệ truyền thông qua đường dây điện; tiêu chuẩn HomePlug AV; môi trường truyền dẫn đường dây điện và thuộc tính truyền dẫn của mạng LAN; - Nghiên cứu tài liệu, khảo sát thông tin trên Internet về một số thiết bị PLC trên thị trường thế giới và trong nước; liên hệ với một số đơn vị cung cấp thiết bị trên thị ... cứu hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV chuẩn mà 02 thiết bị P200 PW201A tuân theo Việc nghiên cứu mô hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug. .. Tìm hiểu môi trường truyền dẫn đường dây điện thuộc tính truyền dẫn mạng LAN; - Mô phỏng ,đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV; -Sử dụng kết mô... TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN THỊNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THEO CHUẨN HOMEPLUG AV Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính