Ứng dụng công nghệ OFDM trong truyền thông trên đường dây điện lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NGUYỄN VĂN QUÂN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC Chuyên ngành: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM VĂN BÌNH Hà Nội - 2014 MỤC LỤC Nội dung Trang MỤC LỤC………………………………………………………………….… LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………… DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT……………………… DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………… PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC………………………… 13 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ PLC 13 1.2 PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ………………………………………… … 14 1.2.1 Phân loại theo mức điện áp………………………………………… 14 1.2.2 Phân loại theo tốc độ bit……………………………………………… 14 1.2.3 Phân loại theo phạm vi…………………………………… ….… … 15 1.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA PLC……………………… 17 1.3.1 Ứng dụng hệ thống quản lý, giám sát lưới điện đồng hồ 17 1.3.2 Truyền thông đường dài tốc độ cao……………………… ….…… 18 1.3.3 Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC………… ….… … 18 1.3.4 Ứng dụng gia đình - Intelligent home………………… …….… 18 1.4 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA TRUYỀN THÔNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY CÁP ĐIỆN LỰC……………………………………………… …………… 19 1.5 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG……………………………………… 20 1.5.1 Khối cách ly (Power Line Isolation)……………………………… … 20 1.5.2 Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation)……………………… … 21 1.5.3 Khuếch đại phát thu (Signal Amplification)…………… 21 1.5.4 Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation)…………… … 21 1.6 CÁC KỸ THUẬT TRIỂN KHAI TRONG CÔNG NGHỆ PLC………… 22 Trang 1.6.1 Đặc tính kênh truyền đường cáp điện…………………………….… 22 1.6.1.1 Sự giới hạn băng thông…………………………………………… 23 1.6.1.2 Nhiễu đường cáp điện………………………………………… 24 1.6.1.3 Trở kháng đường truyền phối hợp trở kháng…………….… 27 1.6.1.4 Suy hao lưới điện………………………………………….… 28 1.6.1.5 Hiện tượng sóng dừng…………………………………… ……… 29 1.6.1.6 Sự phát xạ sóng điện từ khả gây nhiễu…………………… 29 1.6.1.7 Kết luận 30 1.6.2 Phối ghép với lưới điện……………………………………….……… 31 1.6.2.1 Mạch ghép tín hiệu………………………………………….…… 31 1.6.2.2 Các lọc tương tự……………………………………… ……… 34 1.6.3 Các phương thức mã hóa…………………………………………… 37 1.6.3.1 Mã xoắn…………………………………………………………… 37 1.6.3.2 Mã Reed – Solomon……………………………………….……… 41 1.6.4 Các phương thức điều chế…………………………………….……… 43 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM………………………… 44 2.1 Trực giao OFDM……………………………………………… … 45 2.2 Thu phát tín hiệu OFDM………………………………………………… 49 2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to Parallel)…………………… 50 2.2.2 Điều chế sóng mang phụ………………………………………….… 51 2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời gian……………….……… 51 2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation)…………………….…… 52 2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)……………………………….……… 53 2.3.1 Chống lỗi dịch thời gian……………………………………….… 53 2.3.2 Chống nhiễu symbol (ISI)……………………………….… 54 2.3.3 Mào đầu phân cách sóng mang…………………………….……… 56 2.4 Hạn dải tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM………………………….…… 57 2.4.1 Lọc thơng dải…………………………………………………….… 58 Trang 2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cosin nâng…………………………….…… 60 2.5 Các kỹ thuật điều chế OFDM…………………………………….… 60 2.5.1 Điều chế BPSK…………………………………………………….… 61 2.5.2 Điều chế QPSK…………………………………………………….… 62 2.5.3 Điều chế QAM…………………………………………………….… 65 2.5.4 Mã Gray……………………………………… ……………….…… 66 2.6 Các đặc tính OFDM………………………………………………… 68 2.6.1 Ưu điểm……………………………………………………………… 68 2.6.2 Nhược điểm……………………………………………………… … 68 2.7 Kết luận………………………………………………………………… 69 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA MẠNG ĐIỆN GIA ĐÌNH…………….……… 70 3.1 MƠ TẢ CHƯƠNG……………………………………………………… 70 3.2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÁC MƠ HÌNH KÊNH THỰC TẾ… 71 3.3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN GẦN ĐÚNG CỦA HÀM TRUYỀN ĐƯỢC ĐỀ XUẤT………………………………………………………………… 72 3.3.1 Lý thuyết tham số ma trận……………………… ……… … 73 3.3.2 Gần hàm truyền phức dùng tham số S……………… … … 74 3.3.3 Sự bù cho hiệu ứng ghép…………………………….…….… 75 3.4 BỐ TRÍ THỰC TẾ VÀ THỰC HIỆN…………….………………….…… 76 3.4.1 Thiết kế xây dựng mạch ghép……………………………… … 77 3.4.2 Định chuẩn phân tích mạng véc tơ (Vector Network Analyzer)…………………………………………………………… ……… 77 3.4.3 Xây dựng mạng điện thực nghiệm….……………………… … 79 3.4.4 Trở kháng tải…………………………………………………… … 81 3.4.5 Quy trình đo để xác định gần hàm truyền……………… … … 81 3.5 XỬ LÝ KẾT QUẢ………………………………………………… … 82 3.5.1 Quy trình xử lý kết quả………………………………………….…… 82 3.5.2 Thiết kế Script MATLAB……………………………………… … 82 Trang 3.6 PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ………………………………….………… 86 3.7 KẾT LUẬN……………………………………………………….……… 86 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG OFDM TRONG MATLAB……………………………………………………………………… 87 4.1 MÔ TẢ CHƯƠNG……………………………………………………… 87 4.2 CÁC KHÁI NIỆM MÔ PHỎNG OFDM……………………………….… 88 4.3 MÔ PHỎNG BỘ PHÁT OFDM………………………………………… 90 4.3.1 Giải thuật phát OFDM……………………………………… … 90 4.3.1.1 Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song…………………………… 90 4.3.1.2 Điều biến /mã hóa………………………………………………… 90 4.3.1.3 Ánh xạ tần số rời rạc……………………………………………… 91 4.3.1.4 Sự đếm kênh tạo ký tự hướng dẫn………………………… 91 4.3.2 Thực thi phát OFDM MATLAB………………………………… 92 4.4 MƠ PHỎNG MẠNG ĐIỆN GIA ĐÌNH………………………….……… 94 4.5 MƠ PHỎNG BỘ THU OFDM…………………………………… … … 96 4.5.1 Thuật toán thu OFDM……………………………………………… 96 4.5.1.1 Biến đổi Fourier nhanh…………………………………………… 98 4.5.1.2 Sự cân bằng……………………………………………………… 98 4.5.1.3 Giải điều biến, mã hóa………………………………………… 99 4.5.1.4 Bộ chuyển đổi từ song song sang nối tiếp………………………… 99 4.5.2 Thực thi thu OFDM MATLAB……………………………………… 99 4.6 KIỂM TRA THUẬT TOÁN…………………………………………… 102 4.6.1 Quá trình kiểm tra giải thuật…………………………………………… 102 4.6.2 Các kết đánh giá thuật toán……………………………………….… 103 4.7 KẾT LUẬN………………………………………………………… ….… 108 TỔNG KẾT…………………………………………………… 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… … 111 Trang LỜI CAM ĐOAN Trong suốt trình học tập Viện đào tạo Sau Đại học-Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhờ giúp đỡ hướng dẫn q thầy tơi tích luỹ số kiến thức tảng cho nghề nghiệp sau Thực luận văn tốt nghiệp giai đoạn hồn tất q trình học học viên Tơi xin cam đoan tồn nội dung đề cập luận văn “Ứng dụng công nghệ OFDM truyền thông đường dây điện lực - PLC” viết dựa kết nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Bình Mọi thơng tin số liệu tham khảo trích dẫn dầy đủ nguồn sử dụng luật quyền quy định Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Bình, người tận tình hướng dẫn, góp ý, động viên suốt trình thực đề tài Với phương pháp làm việc khoa học, kinh nghiệm thực tiễn, thầy truyền đạt cho lời khuyên, kiến thức q báu để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp tốt đẹp Do thời gian thực luận văn lực thân hạn chế, nên chắn vấn đề đề cập nghiên cứu đề tài tránh khỏi có thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy người quan tâm, để luận văn hoàn thiện tốt Trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 13 tháng 06 năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Quân Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AC AWGN BER BPSK DBPSK Tiếng Anh Alternating Current Additive White Gaussian Noise Bit Error Rate Binary Phase Shift Keying Differential Binary Phase Shift Keying Direct Digital Syntherizer Digital Fourier Transform Differential Phase Shift Keying Differential Quadrature Phase Shift Keying Digital Signal Processing Tiếng Việt Điện xoay chiều Nhiễu Gauss trắng cộng sinh Tỉ lệ lỗi bit Khóa dịch pha nhị phân Khóa dịch pha nhị phân vi sai Tổng hợp tần số trực tiếp Biến đổi Fourier rời rạc Khóa dịch pha vi sai Khóa dịch pha cầu phương vi DQPSK sai DSP Xử lý tín hiệu số Ghép kênh phân chia theo tần FDM Frequency Division Multiplexing số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn ICI Inter-carrier Interference Nhiễu liên sóng mang Biến đổi Fourier nhanh IFFT Inverse Fast Fourier Transform ngược IIR Infinite Impulse Response Đáp ứng xung vô hạn ISI Inter-symbol Interference Nhiễu liên ký tự MATLAB Matrix Laboratory Thử nghiệm ma trận Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần OFDM Multiplexing số trực giao Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-PSK OFDM using PSK-based encoding chế PSK OFDM using DPSK-based Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-DPSK encoding chế DPSK Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-QAM OFDM using QAM-based encoding chế QAM Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-BPSK OFDM using BPSK encoding chế BPSK Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-QPSK OFDM using QPSK encoding chế QPSK Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-DBPSK OFDM using DBPSK encoding chế DBPSK Mã hóa OFDM sử dụng điều OFDM-DQPSK OFDM using DQPSK encoding chế DQPSK DDS DFT DPSK Trang OFDM-8QAM OFDM using 8QAM encoding OFDM-16QAM OFDM using 16QAM encoding OFDM-64QAM OFDM using 64QAM encoding OFDM-PLC OFDM in Power line communication PAPR Peak Average Power Ratio PLC Power line Communication PSK QAM QPSK Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Short, Open, Load and Throuput standards used for calibrating a network analyzer SOLT Mã hóa OFDM sử dụng điều chế 8QAM Mã hóa OFDM sử dụng điều chế 16QAM Mã hóa OFDM sử dụng điều chế 64QAM OFDM truyền thông đường dây điện lực Tỷ số cơng suất trung bình đỉnh Truyền thơng đường dây điện lực Khóa dịch pha Điều chế biên độ cầu phương Khóa dịch pha cầu phương Các chuẩn sử dụng: Ngắn, mở, tải, thông lượng để đo đạc máy phân tích mạng DANH MỤC CÁC BẢNG Danh mục bảng Trang Bảng 1.1 : Những bước tiến công nghệ PLC…………… … … 16 Bảng 2.1 : Các dạng mức điều chế……………………… 61 Bảng 2.2 : Quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK…………………………………………………… 64 Bảng 2.3 : Bảng Mã Gray………………………………………………… 66 Bảng 3.1 : Các định nghĩa tham số S hai cổng…………………………… 74 Bảng 4.1 : Xác minh kết - BPSK…………………………………… … 106 Bảng 4.2 : Xác minh kết - QPSK…………………………………… … 106 Bảng 4.3 : Xác minh kết - DBPSK…………………………………… 107 Bảng 4.4 : Xác minh kết - DQPSK…………………………………… … 107 Bảng 4.5 : Xác minh kết - 8QAM………………………………… ….… 107 Bảng 4.6 : Xác minh kết - 16QAM………………………………… …… 107 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Danh mục hình vẽ Trang Hình 1.1 : Phân vùng tần số PLC…………… ……… ……… 16 Hình 1.2 : Ứng dụng PLC quản lý điện…………… 17 Hình 1.3 : Mạng thơng tin PLC………… … ……… 18 Hình 1.4 : Mơ hình ứng dụng PLC gia đình - Intelligent home… 18 Hình 1.5 : Ghép tách tín hiệu khỏi đường dây điện…………… … 19 Hình 1.6 : Sơ đồ khối hệ thống………………………………… … … 20 Hình 1.7 : Mơ hình hệ thống truyền thông tin số đường dây điện lực 22 Hình 1.8 : Phổ tần PLC thơng tin nội bộ…………………………… … 23 Hình 1.9 : Ví dụ méo tín hiệu lưới điện………………… … .… 23 Hình 1.10 : Các băng tần tiêu chuẩn CENELEC……………… … … 24 Hình 1.11 : Xung nhiễu xuất bật đèn………… ……………… …… 25 Hình 1.12 : Nhiễu xung tuần hồn………… ……………… …… 26 Hình 1.13 : Nhiễu phát chạy máy hút bụi phổ tần nó……….… 26 Hình 1.14 : Suy hao mạng điện gia đình tần số 130 KHz……… … 28 Hình 1.15 : Hiện tượng sóng dừng………… ……………… …… … 29 Hình 1.16 : Mạch ghép dung kháng………… ……………… …… 32 Hình 1.17 : Mạch ghép kết hợp LC………… ……………… …… 33 Hình 1.18 : Các mạch lọc RC………… ……………… ……………… 35 Hình 1.19 : Các mạch lọc LC đơn giản………… ……………… …… 35 Hình 1.20 : Các mạch cộng hưởng LC………… ……………… … … 36 Hình 1.21 : Mạch lọc thơng dải dùng vi mạch HA17741………… … … 37 Hình 1.22 : Ví dụ mã hóa mã chập tỷ lệ 1/2………… … … 38 Hình 1.23 : Sơ đồ biểu diễn mã hóa mã xoắn………… … .… 39 Hình 1.24 : Sơ đồ lưới biểu diễn mã hóa mã xoắn………… … ………… 39 Hình 1.25 : Sơ đồ lưới giải mã………… ……………… …… 40 Hình 1.26 : Đường sống kết giải mã………… …………… … …… 41 Hình 1.27 : Hệ thống sử dụng mã RS………… ……………… …… …… 42 Trang Hình 2.1 : Cấu trúc miền thời gian tín hiệu OFDM……….… 46 Hình 2.2 : Phổ họ sóng mang trực giao………… ……………… ….… 47 Hình 2.3 : Phổ tín hiệu OFDM có sóng mang con… ……… … 48 Hình 2.4 : Sơ đồ khối thu phát OFDM… ……… ……… …… 49 Hình 2.5 : Tạo tín hiệu OFDM, giai đoạn IFFT… ……… ……… 51 Hình 2.6 : Điều chế tần số vơ tuyến tín hiệu OFDM băng sở sử dụng kỹ thuật tương tự … ……… ……… ……… ……… …… 52 Hình 2.7 : Điều chế tần số vơ tuyến tín hiệu OFDM băng sở sử dụng kỹ thuật số (DDS (Direct Digital Syntherizer) - Tổng hợp số trực tiếp) … … 52 Hình 2.8 : Hiệu loại bỏ ISI dải bảo vệ… ……… ……… 55 Hình 2.9 : Dạng sóng miền thời gian sóng mang con… …… 57 Hình 2.10 : Phổ tín hiệu OFDM với 52 sóng mang con… …… 58 Hình 2.11 : Phổ tín hiệu OFDM với 1536 sóng mang con… …… 58 Hình 2.12 : Đáp ứng tần số tín hiệu OFDM khơng qua lọc… ….… 59 Hình 2.13 : Đáp ứng tần số tín hiệu OFDM sử dụng lọc FIR (Finite Impulse Response - đáp ứng xung hữu hạn) với chiều dài cửa sổ 3… 59 Hình 2.14 : Cấu trúc symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cosin nâng 60 Hình 2.15 : Biểu đồ khơng gian tín hiệu BPSK… ……… ……… … 62 Hình 2.16 : Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK… ……… ……… …… 64 Hình 2.17 : Chùm tín hiệu M-QAM… ……… ……… ……… 65 Hình 2.18 : Giản đồ IQ 16-PSK dùng mã Gray Mỗi vị trí IQ liên tiếp thay đổi bit đơn… ……… ……… ……… ……… 66 Hình 2.19 : Giản đồ IQ cho dạng điều chế sử dụng OFDM 67 Hình 3.1 : Tổng hợp đặc tính làm cản trở việc truyền tín hiệu… …… 70 Hình 3.2 : Mạng hai cổng… ……… ……… ……… ……… 73 Hình 3.3 : Hệ hai cổng mô tả qua tham số ABCD… …… 74 Hình 3.4 : Hệ thống mô tả loạt ma trận ABCD… …… 76 Hình 3.5 : Giản đồ mạch mạch ghép sử dụng phép đo 77 Hình 3.6 : Đáp ứng độ lớn pha mạch ghép 79 Trang ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC - Cân sử dụng ước tính kênh - Giải điều biến/mã hóa ký tự Các q trình thảo luận phần sau Một lần cần ý đồng hóa mã hóa kênh bị bỏ qua cho việc thực thi cụ thể Hình 4.7 biểu diễn sơ đồ khối mơ cho thu OFDM Hình 4.6 : Sơ đồ thuật toán xác định Eb/No ví dụ cụ thể hệ truyền thơng lựa chọn Trang 97 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC Hình 4.7 : Sơ đồ khối thu OFDM 4.5.1.1 Biến đổi Fourier nhanh Trước FFT áp dụng cho ký tự OFDM nhận chuỗi bảo vệ ký tự phải loại bỏ trước trình xử lý xảy Như thảo luận chương 2, chiều dài chuỗi bảo vệ đạt đến giá trị cực đại 1/4 chiều dài ký tự OFDM Sau đó, FFT áp dụng cho tín hiệu OFDM đầu vào để biến đổi từ miền thời gian sang miền tần số để xử lý Điều hỗ trợ việc phục hồi khung tần số chứa ký tự phức ánh xạ sóng mang OFDM cụ thể Hoạt động xem kỹ thuật tách kênh, sóng mang rời rạc tách miền tần số qua phép tốn FFT Do méo kênh, thơng tin sóng mang rời rạc bị méo, hay cịn gọi bị xoay (theo đồ chùm liệu) Để cực tiểu hóa méo, cân áp dụng việc sử dụng ký tự ước tính kênh để ước tính mức độ quay ký tự 4.5.1.2 Sự cân Sự cân trình bù méo kênh Trong việc thực thi này, sơ đồ hỗ trợ ký tự hướng dẫn sử dụng để ước tính bù méo kênh Điều đạt cách gửi ký tự OFDM biết đến phát thu khoảng đặn lần phát ký tự OFDM (như miêu tả hình 4.8 (dựa theo mơ hình thực nghiệm Harada & Prasad 2002)) Trang 98 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC Tại thu, ký tự hướng dẫn bị méo sử dụng để ước tính hàm truyền kênh Do đó, cân áp dụng cho ký tự OFDM nhận để phục hồi liệu truyền bị gián đoạn méo kênh (Harada & Prasad 2002) (Dostert 2001) 4.5.1.3 Giải điều biến, mã hóa Phụ thuộc vào loại phương pháp mã hóa/điều biến sử dụng q trình mơ q trình giải điều biến/giải mã ước tính đầu liệu tương đương từ tập hợp ký tự phức Việc đếm ký tự thực qua việc dùng gọi “máy cắt”, dùng biên định để ước tính ký tự thích hợp truyền Về mặt đồ thị, điều biểu diễn theo giản đồ chùm liệu 4.5.1.4 Bộ chuyển đổi từ song song sang nối tiếp Chức chuyển đổi từ song song sang nối tiếp để đệm dòng liệu mã hóa, sau chuyển dịng liệu song song tổng hợp thành dịng liệu nối tiếp Do đó, dịng liệu ước tính hồn thành Sau đó, dịng liệu so sánh với dịng liệu truyền để tính tốn BER 4.5.2 Thực thi thu OFDM MATLAB Như đề cập từ trước, script MATLAB có sẵn tham chiếu từ tài liệu tham khảo sử dụng để thực thi thu từ cơng trình Harada & Prasad 2002 Cũng việc thực thi với truyền qua OFDM, script sửa cho phù hợp với thay đổi của: - Kỹ thuật ánh xạ tần số rời rạc - Các kỹ thuật mã hóa/ điều biến chẳng hạn QAM, QPSK, DQPSK v.v Các tiêu chí kỹ thuật thu tuân theo tiêu chuẩn Homeplug (Lee cộng 2003) FFT 256 sử dụng để chuyển đổi từ thời gian sang tần số Bước thu OFDM loại bỏ khoảng bảo vệ trước xử lý Một khi, khoảng bảo vệ bị loại bỏ, FFT đặt vào tín hiệu OFDM nhận để thu biểu diễn phổ, ký tự phức nhận (thực ảo) tìm thấy Trang 99 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC Việc bù méo kênh tuân theo yêu cầu tính tốn lượng xoay ký tự (sự méo pha biên độ) sóng mang phụ rời rạc Như giải thích cơng trình Harada & Prasad - 2002, ký tự liệu hướng dẫn sử dụng để tính tốn lượng xoay ký tự Mối quan hệ liệu hướng dẫn truyền qua (thành phần thực – iceo, thành phần ảo – qceo), liệu hướng dẫn nhận (thành phần thực - icel, thành phần ảo - qcel) cho (Harada & Prasad 2002): (4.8) Ở A ma trận truyền qua môi trường giảm âm biểu diễn sau (Harada & Prasad 2002) (4.9) Ở iv qv biểu diễn vectơ xoay (thực ảo tương ứng) Vì thế, để cung cấp bù, tất ký tự OFDM nhận phải nhân với A −1 , (theo Harada & Prasad 2002) định nghĩa là: (4.10) Dùng phương trình trên, giá trị iv qv là: (4.11) (4.12) Dùng iv qv, ma trận xoay nghịch đảo tạo ra, nhân với tất ký tự phức nhận để bù méo kênh Một ký tự ước tính từ sóng mang rời rạc riêng biệt, dịng liệu tạo lại Dùng dòng liệu tạo lại (dòng liệu ước tính ), BER tính tốn để xác định hiệu suất truyền Trang 100 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC BER định nghĩa là: (4.13) Ở noe biểu diễn số lỗi bít nod biểu diễn tổng số bít truyền Lưu đồ thuật tốn Hình 4.8 miêu tả q trình sau thu OFDM MATLAB Hình 4.8 : Lưu đồ thuật toán cho thu OFDM - MATLAB Trang 101 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THƠNG PLC 4.6 KIỂM TRA THUẬT TỐN Một thành phần luận văn để đảm bảo độ xác cao từ kết mơ kiểm tra xem thuật tốn (tất chương trình mơ phỏng,chẳng hạn QPSK, BPSK, vv…) có hoạt động giới hạn lý thuyết đặc biệt hay không Sau đây, đề cập đến vấn đề này, tức thực kiểm tra giải thuật 4.6.1 Quá trình kiểm tra giải thuật Quá trình kiểm tra giải thuật liên quan đến việc tùy chỉnh script MATLAB sơ đồ mã hóa khác sử dụng, chẳng hạn QAM, QPSK, vv…Ở có nhiễu AWGN sử dụng khơng có cân khơng có hướng dẫn ký tự Do đó, đồ thị BER tổng hợp hình thành nên phần thành phần phân tích để kiểm tra đầu với giới hạn lý thuyết mong đợi Các đồ thị BER lý thuyết sơ đồ mã hóa riêng biệt sử dụng thực thi OFDM sử dụng để so sánh đánh giá đáp ứng BER giải thuật Như đề cập cơng trình Harada & Prasad 2002, trình truyền OFDM, trực giao bảo tồn hiệu suất BER mong đợi giống đáp ứng BER lý thuyết sơ đồ điều biến sử dụng kênh Điều có nghĩa QPSK sử dụng để điều biến kênh qua kênh AWGN, đáp ứng BER mong đợi giống cách tương đáp ứng BER, QPSK, AWGN lý thuyết Nhưng điều quan trọng cần ý Harada & Prasad 2002, việc sử dụng chuỗi bảo vệ tạo dịch chuyển so với giá trị BER lý thuyết (theo Harada & Prasad 2002) Điều có liên quan đến cơng suất chuỗi bảo vệ tín hiệu nhận được, cân sau (Harada & Prasad 2002): (4.14) Ở gilen đề cập đến độ dài chuỗi bảo vệ fftlen2 để tổng chiều dài chuỗi bảo vệ chiều dài FFT Trang 102 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THƠNG PLC Dùng tiêu chí kỹ thuật mơ phỏng, dịch chuyển cực đại 3.9 dB xảy tIên đốn cơng trình Harada & Prasad 2002 4.6.2 Các kết đánh giá thuật tốn Sau tùy biến thành cơng thuật tốn (loại bỏ thành phần mơ hình mạng điện ký tự hướng dẫn), mô quy mô lớn thực dùng tiêu chuẩn sau: - Tốc độ ký tự (Symbol Rate) 250 000 symbol/s - Số bit truyền 4000 Từ số liệu có, tham chiếu tài liệu, mơ hình đưa với kết quả: Hình 4.9 : Kết mơ OFDM – BPSK Trang 103 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THƠNG PLC Hình 4.10 : Kết mơ OFDM – QPSK Hình 4.11 : Kết mô OFDM – DBPSK Trang 104 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THƠNG PLC Hình 4.12 : Kết mơ OFDM – DQPSK Hình 4.13 : Kết mô OFDM – 8QAM Trang 105 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THƠNG PLC Hình 4.14 : Kết mô OFDM – 16QAM Bảng 4.1 : Xác minh kết - BPSK Bảng 4.2 : Xác minh kết - QPSK Trang 106 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC Bảng 4.3 : Xác minh kết - DBPSK Bảng 4.4 : Xác minh kết - DQPSK Bảng 4.5 : Xác minh kết - 8QAM Bảng 4.6 : Xác minh kết - 16QAM Các kết mô mơ tả Hình 4.9 đến Hình 4.14 Từ hình này, dịch chuyển theo tun đốn hiển nhiên Sự khác giá trị BER lý thuyết giá trị BER mô phương pháp mã hóa lập thành bảng, bảng từ 4.1 đến 4.6 Trang 107 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC Dịch chuyển trung bình mơ phương pháp mã hóa tóm tắt sau: - BBSK: 2.2 dB - QPSK: 2.2 dB - DBPSK: 2.2 dB - DQPSK: 2.2 dB - 8QAM: 2.4 dB - 16QAM: 2.5dB Với dịch chuyển trung bình tồn phần 2.4 dB Từ kết này, kết luận tất thuật tốn mơ riêng biệt dẫn đến gần lượng địch chuyển dB thứ hai, mô hoạt động tốt giới hạn lý thuyết 4.7 KẾT LUẬN Từ kết thu có nhận xét: Đây sai khác mơ hình kênh cộng với nhiễu mơ giá trị tính tốn mơ hình thực tế Sự xây dựng công cụ mô cần thiết để đánh giá hiệu suất điều biến Cung cấp số kiến thức chuyên sâu giải thuật phương pháp luận sử dụng để phát triển việc sử dụng lưu đồ thuật toán dùng MATLAB cần thiết cho việc tạo kết mô Cần ý khung chương trình sử dụng từ kết theo cơng trình nghên cứu Hiroshi Harada Ramjee Prasad (2002) xác nhận làm việc tham số cần thiết mơ OFDM, mơ hình đưa vào chương đánh giá tốt người viết sử dụng phương pháp đo đánh giá tồn mơ Vì chương hồn thành q trình cần thiết để xây dựng hệ thống PLC, tính tốn lựa chọn, thiết kế chiến lược đề nghị để cải thiện hiệu hệ thống Toàn hệ OFDM PLC xây dựng MATLAB dựa kết từ tài liệu tham khảo Trang 108 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC TỔNG KẾT Mục đích nghiên cứu luận văn đánh giá hiệu hoạt động nhiều kỹ thuật điều chế phụ cho hệ thống PLC nhà dựa OFDM Điều kéo theo việc đánh giá kỹ thuật điều chế OFDM (ví dụ OFDM-BPSK, OFDM-QPSK, vv) để xác định tối ưu đặc điểm kỹ thuật cho modem Power Lines nhà Luận văn bắt đầu với nghiên cứu hệ thống PLC kỹ thuật điều chế số, bao gồm phương thức truyền đa sóng mang (Chương 2) Điều cung cấp cho người nghiên cứu hiểu biết tốt môi trường mạng điện nhà, thông tin liên lạc áp dụng để hoạt động môi trường khắc nghiệt Một bước quan trọng việc thực mục tiêu đề tài nghiên cứu này, phát triển mô hình đường dây điện nhà Điều đề cập (Chương 3): - Việc xây dựng mạng điện nhà cho mục đích thử nghiệm mơ hình - Đo lường đặc tính mạng lưới điện (sử dụng máy phân tích mạng), mà khơng cần thiết bị kết nối với mạng thử nghiệm - Thay đổi kết đo (S-Parameters) cho phù hợp với tất trường hợp cụ thể khác (xét ví dụ 84 trường hợp) để phát triển mơ hình kênh đường dây điện nhà MATLAB Bên cạnh đó, nội dung luận văn nghiên cứu mở khả triển khai thêm ứng dụng mạng truyền thông PLC vào thực tế lĩnh vực như: Đo lường, giám sát thiết bị truyền thơng siêu thị, tịa nhà thông minh, hệ thống điều khiển xa, hệ thống đọc cơng tơ từ xa máy tính, truyền thoại, giám sát nhà thông minh, truyền số liệu tốc độ cao… Và đặc biệt ứng dụng đòi hỏi băng rộng chất lượng cao truyền hình qua mạng PLC Tuy nhiên, đường dây điện kênh truyền thông lý tưởng Rất nhiều thực nghiệm cho thấy mạng điện hạ tồn nhiều loại nhiễu bao gồm nhiễu nền, nhiễu băng hẹp nhiễu xung Bên cạnh đó, suy giảm tín hiệu Trang 109 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC kênh truyền, phân bố thiết bị xa mạng điện, phản xạ node tồn mạng yếu tố đáng ngại Tất điều tạo nên hiệu ứng đa đường thách thức lớn cho việc truyền số liệu tốc độ cao mạng điện Vấn đề quan trọng cần giải tìm phương thức phối ghép tín hiệu, mã hóa, điều chế phù hợp bên cạnh cần xây dựng hệ thống dựa giao thức sửa đổi tối ưu chuẩn hóa Với ưu điểm nhiều lợi vậy, với phát triển khoa học thông tin, truyền thông số tốc độ cao đường dây điện lực trở thành lĩnh vực hấp dẫn nhà khoa học Cùng với lớn mạnh thị trường viễn thơng, mạng truyền tải điện sử dụng mạng truy nhập bên cạnh mạng truy nhập khác mạng thoại, mạng CaTV Các dịch vụ số cung cấp cho khách hàng ngân hàng điện tử, e-mail, truy nhập internet quảng bá âm video số sử dụng mạng điện hạ làm môi trường truyền tải trở nên thông dụng tương lai gần Trang 110 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Minh Hà (2008), Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất khoa học & kỹ thuật, Hà nội [2] H Harada & R Prasad (2002) Simulation and Software Radio Universal Personal Communications Series Artech House [3] D Anastasiadou & T Antonakopoulos (2002) 'An Experimental Setup for Characterizing the Residential Power Grid Variable Behaviour' In Proceedings of the 6th International Symposium on Power Lines Communications [4] M Lee, et al (2003) 'HomePlug l.0 powerline communication LANs - protocol description and performance results' International Journal of Communication systems 16:447-473 [5] Hendrik C Ferreira, Lutz Lampe, John Newbury, Theo G Swart, Power Line Communications: Theory and Applications for Narrowband and Broadband Communication over Power Lines [6] T Banwell & S Galli (2001) 'A new approach to the modeling of the transfer function of the power line channel' In International Conference on Power Line Communications and Its Applications ISPLC, IEEE [7] E Biglieri (2003) 'Coding and Modulation for a Horrible Channel' IEEE Communications Magazine pp 92-98 [8] D Pozar (1998) Microwave Engineering John Wiley and Sons, edn [9] K Dostert & M Zimmerman (2000) 'An analysis of the broadband noise scenario in powerline networks' In Proceedings of the 4th International Symposium on Powerline Communication andIts Applications, pp 131-138 [10] D.Anastasiadou and Th.Antonakopoulos (2005), Multipath Characterization of Indoor Power Line Networks [11] F J Cafiete, et al (2002) 'Broadband modelling of indoor power-line channels' IEEE Transactions on Consumer Electronics 48(1):175-183 Trang 111 ... hóa OFDM sử dụng điều chế 8QAM Mã hóa OFDM sử dụng điều chế 16QAM Mã hóa OFDM sử dụng điều chế 64QAM OFDM truyền thông đường dây điện lực Tỷ số cơng suất trung bình đỉnh Truyền thơng đường dây điện. .. tương ứng, người sử dụng kiểm soát việc sử dụng điện cách hợp lý Trang 17 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG PLC 1.3.2 Truyền thông đường dài tốc độ cao Với ứng dụng cơng nghệ PLC việc truyền. .. việc đường cáp tín hiệu phức tạp 1.4 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA TRUYỀN THƠNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY CÁP ĐIỆN LỰC Hình 1.5 : Ghép tách tín hiệu khỏi đường dây điện Trang 19 ỨNG DỤNG CỦA OFDM TRONG TRUYỀN THÔNG