2. Quản lý mạng truy nhập PLC
1.3.1 Đặc tớnh kớnh truyền đường cõp đ iện
Mụi trường hoạt động lă một vấn đề đối với bất kỳ một hệ thống thụng tin năo. Lưới điện lă một mụi trường vụ cựng phức tạp với rất nhiều cõc loại tớn hiệu khõc nhau cựng tồn tại như tớn hiệu xoay chiều 220V-50Hz, cõc loại nhiễu trớn mọi dải tần, cõc súng vụ tuyến, cõc xung điện õp xuất phõt từ cõc thiết bị điện. Ngoăi ra, khụng thể phản õnh một cõch chớnh xõc năng lượng trong mụi trường dđy điện. Trong khi đú, thực tế lă điện dung của dđy bị chi phối trong cõc trường hợp mở trở
khõng lớn hơn nhiều đặc tớnh của dđy, đường điện thường phải tải với trở khõng rừ răng thấp hơn trở khõng của dđy. Một số loại tải cú tớnh dung khõng, tuy trở khõng
đối với tớn hiệu điện 50Hz lớn nhưng lại lă trở khõng nhỏ so với tớn hiệu truyền dẫn tần số cao, do đú lăm suy giảm nghiớm trọng đến sự truyền dẫn tớn hiệu của PLC.
Low Impedance Load Impedance at 100kHz 0.1 àF EMC capacitor 16 Ohms
2 kW 240VAC space heater 30 Ohms
Hỡnh 1.20 Phổ tần PLC của thụng tin nội bộ
Hỡnh 1.21 Vớ dụ về sự mĩo tớn hiệu trớn lưới điện 1.3.2 Sự giới hạn băng thụng
Như mụ tả ở trớn, bề rộng băng thụng lă tỷ lệ với tốc độ bit, vỡ thế một băng thụng lớn lă cần thiết trong truyền thụng với tốc độ bit cao. ở chđu đu, băng thụng cho phĩp được quy định bởi tiớu chuẩn CENELEC, tiớu chuẩn năy chỉ cho phĩp dải tần số giữa 3kHz vă 148.5kHz. Điều năy gđy khú khăn cho PLC vỡ với băng thụng như vậy khụng thể thực hiện được việc truyền những thụng tin yớu cầu tốc độ mức cao như đm thanh, hỡnh ảnh trực tuyến Hỡnh 1.22 trỡnh băy băng thụng một cõch chi tiết của tiớu chuẩn CENELEC. Dải tần số của PLC được chia thănh 5 băng nhỏ. Hai băng đầu (3-9 vă 9-95 kHz) lăgiới hạn cho cõc nhă cung cấp năng lượng vă 3 giới hạn kia dănh cho tuỳ chọn của khõch hăng cung cấp năng lượng. Trong phần ghi chỳ thớm, chuẩn băng tần được cho phĩp cũng giới hạn năng lượng tại mõy phõt. Như vậy, hiện tại vẫn chưa cú một thống nhất cho phĩp về băng tần của PLC, đú lă một giới hạn rất lớn ảnh hưởng đến sự phõt triển của PLC.
Hỡnh 1.22 Cõc băng tần trong tiớu chuẩn CENELEC
Trong việc tăng thớm tốc độ bit, băng thụng rộng hơn cú thể lă cần thiết. Cõc nghiớn cứu gần đđy đưa ra đề nghị tần sốđược sử dụng trong khoảng giữa 1 vă 20 MHz. Nếu khoảng tần số năy được sử dụng, nú cú thể lăm tăng thớm rất lớn băng thụng vă cú thể cho phĩp cõc ứng dụng cần tốc độ bit cao trớn đường cõp điện. Một vấn đề quan trọng lă một phần của băng tần năy đờ được phđn cho hệ thống thụng tin khõc. Những hệ thống thụng tin khõc sử dụng những băng tần cho phĩp năy cũng gđy nhiễu loạn tới hệ thống thụng tin trớn đường điện PLC. Một vớ dụ về hệ
thống thụng tin trong dải năy lă radio, radio nghiệp dư vă hoa tiớu mõy bay.
1.3.3 Nhiễu trớn đường cõp điện
Nguồn gđy nhiễu chớnh trớn lưới điện xuất phõt từ cõc thiết bị điện, chỳng sử
dụng nguồn điện cung cấp 50Hz vă phõt ra thănh phần nhiễu kĩo dăi trớn toăn bộ
phổ tần của lưới điện, phần nữa chớnh lă từ súng radio ở khắp mọi nơi như cõc hệ
thống thụng tin di động, phõt thanh, truyền hỡnh, kiểm sõt khụng lưu, quđn sự ở
mọi băng tần được sử dụng từ súng tần số thấp văi trăm kHz đến súng tần số siớu cao hăng GHz mang lại. Nguồn nhiễu sơ cấp của nhiễu trong khu vực dđn cư lă cõc thiết bị điện dđn dụng như lă động cơ, đỉn chiếu sõng, tivi. Ta cú thể chia nhiễu thănh cõc loại như sau:
1. Nhiễu tần số 50Hz
Nhiễu năy xuất hiện đồng thời với súng mang trớn lưới điện, nú bao gồm tớn hiệu tần số 50 Hz vă cõc hăi của nú. Tuy nhiớn, do cú tần số thấp nớn nguồn nhiễu năy chỉ cú ảnh hưởng chỳt ớt tới hoạt động của hệ thống. Tần số lăm việc của hệ
thống căng nhỏ thỡ ảnh hưởng của loại nhiễu năy căng lớn vă ngược lại.
Hỡnh 1.23 Xung nhiễu xuất hiện khi bật đỉn
Xuất hiện một cõch bất thường trớn lưới điện, mỗi khi cú một thiết bị điện kết nối hoặc được ngắt khỏi lưới điện, đặc biệt lă những thiết bị cú cụng suất lớn như
bếp điện, băn lă, hoặc thiết bị cú sự phúng điện nhưđỉn neon. Một thiết bị như vậy khi đúng, ngắt khỏi ổ điện tức lă sẽ đúng, ngắt dũng điện lớn lăm xuất hiện sự
phúng tia lửa điện tại chỗ tiếp xỳc, bản thđn tia lửa điện năy lă một nhiễu dải rộng bao gồm rất nhiều tần số khõc nhau, mang cõc mức năng lượng khõc nhau.
3. Nhiễu xung tuần hoăn
Hỡnh 1.24 Nhiễu xung tuần hoăn
Hầu hết nguồn gđy nhiễu kiểu năy đều xuất phõt từ cõc Triac điều khiển đỉn
điện tần số xuất hiện của nú bằng hai lần tần số dũng xoay chiều trớn lưới, hay núi cõch khõc lă nú sẽ lặp lại sau mỗi nửa chu kỳ (Hỡnh 1.24).
Hỡnh 1.25 Nhiễu phõt ra khi chạy mõy hỳt bụi vă phổ tần của nú
Được gđy ra bởi cõc loại động cơ điện, một chiều hoặc xoay chiều trong cõc thiết bị điện (mõy khoan, động cơ truyền lực, mõy hut bụi vă nhiều cõc thiết bị ứng dụng khõc). Cõc bộ phận tiếp xỳc như cổ gúp ởđộng, cơ điện một chiều sẽ lă một trong những nguyớn nhđn gđy nhiễu trớn, xuất hiện với tần số của chuỗi xung khoảng văi kHz trở xuống. (Hỡnh 1.25).
5. Nhiễu chu kỳ khụng đồng bộ
Kiểu nhiễu năy cú đường phổ khụng tương quan với súng sin 50Hz. Việc khởi
động thiết bị điện như tivi sẽ lăm phõt ra loại nhiễu năy đồng thời với tần số quĩt mạnh 15.734 Hz trong tivi. Cõc thănh phần của nhiễu năy cần phải được loại bỏ khi thiết kế một hệ thống thu phõt. Nú được thấy nhiều trong cõc khu dđn cư vă rất khụng ổn định, mức độ nhiễu thay đổi theo từng ngăy, từng giờ tuỳ theo việc sử
dụng của người dđn. Loại nhiễu năy cú khuynh hướng giảm dần năng lượng khi mă tần số tăng lớn. Mật độ năng lượng nhiễu tập trung dăy ở phạm vi tần số thấp. Điều
đú cú nghĩa lă tớn hiệu súng mang trong PLC sẽ ớt bị ảnh hưởng của nhiễu hơn khi tần sốđược tăng lớn.
6. Nhiễu súng radio
Bản thđn lưới điện chớnh lă một anten rất lớn thu nhận, phõt xạ cõc súng vụ tuyến từ
dải tần rất thấp cho đến rất cao. Cõc dải súng do cõc đăi phõt thanh, phõt hỡnh hay radio nghiệp dư phõt đi được lưới điện thu được vă đú chớnh lă một nguồn gđy nhiễu rất đõng kể cho hệ thống thụng tin PLC. Thớm văo đú khoảng tần số sử dụng ở PLC cũng bao gồm một khoảng dải tần đờ cấp phĩp sử dụng cho cõc hệ thống thụng tin vụ tuyến, chớnh vỡ thề mă cõc tần số cho radio đú nhiều khi rất gần tần số sử dụng của PLC.
7. Nhiễu nền:
Đđy lă loại nhiễu mă ta cú thể thấy ở bất kỡ đđu trớn lưới điện vă đối với mọi loại hệ
thống thụng tin. Nú khụng được gđy ra bởi người sử dụng hay bởi cõc thiết bịđiện.
1.3.4 Trở khõng đường truyền vă sự phối hợp trở khõng
Việc phối hợp trở khõng luụn được cố gắng, như lă việc sử dụng cõp 50Ohm vă mõy thu phõt 50Ohm. Mạng lưới điện sẽ khụng tương thớch. Cũng giống như đối
với nhiễu, trở khõng của lưới điện thay đổi phụ thuộc văo lượng tải tiớu thụ vă văo vị trớ của cõc tải đú trớn lưới điện. Nú cú thể thấp đến cỡ mili Ohm vă cao đến với ngăn Ohm vă đặc biệt lă thấp tại cõc trạm biến õp cấp điện, ở hỡnh trớn lă biểu đồ
trở khõng của lưới điện đo được theo cõc tần số khõc nhau. Ngoại trừ một văi trở
khõng đầu văo, cõc trở khõng phối hợp khõc xuất hiện trong kớnh truyền lưới điện, hộp cõp điện khụng tương thớch với cõc dđy cõp vă vỡ thế lăm cho tớn hiệu bị suy hao. Những nghiớn cứu gần đđy đưa ra đề nghị sử dụng bộ lọc ổn định mạng. Giõ thănh của những bộ lọc năy cú thể cao vă chỳng cần được lắp đặt trong mỗi hộp đấu cõp.
1.3.5 Suy hao trớn lưới điện
Một vấn đề lớn khõc ảnh hưởng đến việc truyền thụng trớn đường cõp điện lă sự
suy hao. Đối với súng tần số cao truyền trớn lưới điện thỡ sự suy hao lă rất lớn, lớn hơn so với cõc hệ thống thụng tin khõc như thụng tin vụ tuyến, cõp, cõp quang. Cõc yếu tố dẫn đến điều đú bao gồm: Thứ nhất lă do cõc tải tiớu thụ kết nối với lưới
điện, bản thđn mỗi tải tiớu thụđiện thỡ cũng sẽ tiớu thụ tớn hiệu cao tần dự nhiều hay ớt, vă thực tế cho thấy rằng sự suy giảm gđy ra lă rất đõng kể, đặc biệt lă những thiết
bị cú tớnh dung khõng hoặc những thiết bịđốt núng (cú cụng suất lớn).
Hỡnh 1.26 Suy hao trong gia đỡnh tại tần số 130 kHz
Nguyớn nhđn năy rất khú giải quyết do khụng thể thay đổi toăn bộ cõc thiết bị điện cho phự hợp với sự truyền thụng của PLC mă ngược lại, chớnh PLC phải tỡm cõch thớch hợp với mụi trường sẵn cú như thế. Thứ hai lă sự phõt xạ của súng cao tần khi chạy trớn lưới điện. Bản thđn lưới điện chớnh lă một anten rất lớn, dũng điện cao tần chạy trớn lưới điện sẽ phõt xạ liớn tục ở mọi điểm, nhất lă những đoạn dđy
điện cú điều kiện bức xạ tốt. Để hạn chế hiện tượng năy thỡ phải sử dụng những dải tần thớch hợp trong từng điều kiện cụ thểđể cú thể giảm bớt sự bức xạ chung.
1.3.6 Hiện tượng súng dừng
Đđy lă hiện tượng cũng dễ xảy ra trong cõc hệ thống thụng tin cú sử dụng súng mang truyền trớn đường cõp nhất lă đối với cõc súng mang tần số cao. Khi súng
được phõt đi từ một điểm trớn lưới điện, nú sẽ truyền lan khắp lưới điện vă suy hao dần. Nếu như tại điểm phõt đi khụng phải lă mạng lưới điện mă chỉ lă đụi dđy dẫn dăi, khi đú toăn bộ súng phõt ra sẽ truyền đi cựng một hướng trớn dđy dẫn đú.
Xĩt tại một điểm A trớn đường truyền cú một tải tiớu thụ cụng suất lớn (hoặc cú dung khõng lớn) cõch điểm phõt súng một khoảng dăi L. Tại điểm năy thỡ súng sẽ
cú biớn độ rất nhỏ, hay núi cõch khõc thỡ súng sẽ khụng truyền qua điểm năy được vă một phần sẽ phản xạ trở lại. Nếu L thoả mờn điều kiện L=k*ở/2 thỡ sẽ xảy ra hiện tượng súng dừng vă điểm phõt vă điểm A sẽ lă nỳt súng vă cú biớn độ súng nhỏ
nhất, những điểm nằm trong khoảng từ mõy phõt đến tải vă cõch đến mõy phõt bằng
n*ở/2 sẽ cú biớn độ súng nhỏ nhất vă những điểm cõch mõy phõt (2n+1)*ở/4 sẽ cú biớn độ súng lớn nhất.
Nếu trớn đoạn cõp điện đú khụng cú tải tiớu thụ vă tại điểm đầu cuối cõch mõy phõt một khoảng L lă hở mạch thỡ khi đến điểm năy, súng sẽ bị phản xạ trở lại. Vă khi L thoả mờn điều kiện L= (2k+1)*ở/4 thỡ cũng sẽ xảy ra hiện tượng súng dừng tương tự như trớn.
điện vỡ nếu mõy thu đặt tại nỳt súng thỡ tớn hiệu thu được sẽ rất yếu.
1.3.7 Sự phõt xạ súng điện từ vă khả năng gđy nhiễu
Khi truyền tớn hiệu đi trớn đường điện, tớn hiệu sẽđược phõt xạ văo khụng gian. Cú thể xem lưới điện lă một anten khổng lồ, thu vă phõt cõc tớn hiệu, vỡ vậy phải lăm thế năo để hạn chế tớn hiệu phõt xạ từ lưới điện, khụng gđy nhiễu đến cõc hệ
thống thụng tin khõc.
Khi sử dụng dải tần số 1-20 MHz cho truyền thụng, sự phõt xạ một vấn đề
vụ cựng quan trọng bởi vỡ nhiều ứng dụng Radio khõc được cho phĩp trong khoảng tần số năy. Nú khụng thớch hợp cho một hệ thống gđy nhiễu với thụng tin trớn mõy bay, thụng tin hăng hải, vă cõc hệ thống thụng tin quảng bõ khõc. Những nghiớn cứu gần đđy về vấn đề năy cố gắng cần thiết đặt mức cụng suất phõt của sự truyền dẫn. Điều rất quan trọng lă cụng việc năy sẽ được hoăn thănh trong tương lai gần, từ đú nú giới hạn việc sử dụng băng tần năy vă sự
phõt triển của hệ thống thụng tin cho kớnh truyền lă lưới điện.
Với đường cõp điện đi trớn cõc cột điện được cắm trớn mặt đất thỡ sự phõt xạ lă rất lớn, đồng thời nhiễu thu văo từ súng cũng sẽ lớn. Khi đường cõp được đi ngầm dưới mặt đất thỡ sự phõt xạ sẽ lă nhỏ vă ớt ảnh hưởng đến cõc hệ thống khõc. Thay văo đú lă sự phõt xạ từ hộ gia đỡnh sẽ trở thănh phần đúng gúp chủ yếu. Cõc đường dđy điện bớn trong cõc hộ gia đỡnh khụng được che chắn vă vỡ thế sự phõt xạ lă khõ nghiớm trọng. Một giải phõp cú thểđược sử dụng lă khối lọc tớn hiệu thụng tin từđầu văo căn nhă. Bớn trong như, tần số vă cụng suất phõt được lựa chọn sao cho khả năng gđy nhiễu lă nhỏ nhất, khối lọc tớn hiệu thụng tin lăm nhiệm vụ chuyển tiếp thụng tin giữa hai kớnh truyền lă trong nhă vă ngoăi nhă.
1.3.8 Tổng trở vă sự suy giảm
Lưới điện phản ứng như một tải cảm bởi vỡ cảm khõng trong khoảng tần số năy chủ yếu lă do cõc mõy biến õp phđn phối. Tổng trở thay đổi từ 1 - 2Ω tại 10kHz cho tới 10 - 20Ω tại 100kHz. Tổng trở năy cú thể mụ hỡnh húa bởi một điện cảm 24àH nối (shunt) với một điện trở 8 Ω vă một tụ dung lượng 50nF. Từ tần số 100Hz trở
Chẳng hạn, tại 100MHz, trở khõng lă 100Ω. Đường dđy điện cú đặc tớnh dung khõng 30 - 60pF/m, cảm khõng từ 0,3 - 0,6 àH/m vă điện trở từ 75 -150Ω. Thụng thường cõc tải như tivi, lũ sưởi cú trở khõng nhỏ hơn đường dđy điện. Tuy nhiớn, tải điện trở lớn hơn ở tần số thấp, trong khi tải cảm khõng lớn hơn ở tần số cao. Trở
khõng khụng thay đổi nhiều trong khoảng thời gian ngắn, nhưng thay đổi nhiều trong khoảng thời gian dăi chẳng hạn như thời gian ban ngăy vă ban đớm. Trớn
đường dđy điện, cú một sự suy giảm nhỏ phụ thuộc văo tần số. Giõ trị tiớu biểu năy thường lă thay đổi từ 0,5dB/km ở 9kHz đến 1,5dB/km ở 95kHz. Dưới 100kHz, sự
phđn tõn rất nhỏ. ở khoảng 100kHz qũ trỡnh cộng hưởng lă rất đõng kể. Từ 100kHz
đến 1 MHz cú thể cú 3 đến 6 cặp cộng hưởng song song nghiớm trọng với giõ tri suy giảm đỉnh cú thể hơn 80dB. Nguyớn nhđn chớnh gđy phõ hủy mụi trường truyền thụng lă sự thay đổi vềđộ suy giảm biớn độ theo thời gian.
1.4 ứng Dụng
- Khả năng đõp ứng đa dịch vụ. Mạng phải thiết kế cho phĩp PLC cú khả năng truy cập Internet tốc độ cao. đm phõt trớn IP (Voice Over IP) vă tương lai cú khả
năng cung cấp cõc dịch vụ giõ trị gia tăng như cổng thụng tin cụng cộng, hợp nhất về nhắn tin (Community portals, unified messaging, SIP, VLAN, IP-PBX,...).
- Khả năng mở rộng: Mạng phải cú khả năng phõt triển vă mở rộng trớn cơ sở
khõch hăng, kết quả đõnh giõ đầu tư vă nhằm giảm rủi ro trong qũ trỡnh nđng cấp mạng.
- Dễ dăng mở rộng lớn băng thụng cao hơn.
- Mạng phải cú khả năng cho phĩp mở rộng từ băng thụng hiện tại lớn băng thụng hơn trong tương lai mă khụng cần nđng cấp mạng.