Hình 5.5 biểu diễn thông lượng của tín hiệu BPSK, QPSK qua kênh PLC với 04 đường (N=4).
Thông lượng tín hiệu BPSK chỉ xuất hiện từ SNR=30 dB (khoảng 9 Mbps); với các giá trị SNR trước đó thì thông lượng bằng không do tỷ lệ PER cao. Sau đó tăng lên xấp xỉ 19.7 Mbps tại SNR =35 dB và SNR = 40 dB do tại các giá trị này không còn gói tin bị lỗi khi truyền.
Thông lượng tín hiệu QPSK cũng chỉ xuất hiện từ SNR=30 dB (khoảng 0.3 Mbps) với các giá trị SNR trước đó thì thông lượng bằng không do tỷ lệ PER cao. Thông lượng này thấp hơn thông lượng tín hiệu BPSK ở cùng giá trị SNR do tỷ lệ PER của tín hiệu QPSK lúc này vẫn cao hơn rất nhiều so với tỷ lệ PER của tín hiệu BPSK. Tại SNR=35 dB, tỷ lệ PER của tín hiệu BPSK bằng không còn tỷ lệ PER của tín hiệu QPSK giảm nhanh cùng với tốc độ truyền của 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 nhất (xấp xỉ 39.5 Mbps) tại SNR= 40 dB gấp đôi thông lượng tín hiệu BPSK ở cùng giá trị SNR do lúc này tỷ lệ PER của tín hiệu BPSK và QPSK đều bằng không và tốc độ truyền của tín hiệu QPSK thì gấp đôi tốc độ truyền tín hiệu BPSK.
So sánh với tốc độ truyền dữ liệu thực tế trên mạng điện trong nhà ở thí nghiệm trong Chương 3 trung bình khoảng 1.8 Mbps cho cả 02 trường hợp khi sử dụng cáp Ethernet để kết nối PC, Laptop với thiết bị PLC và khi sử dụng wifi để kết nối Laptop với thiết bị PLC có thể thấy tốc độ truyền dữ liệu trong mô phỏng từ giá trị SNR = 35 dB trở đi cao hơn khoảng 10 lần với điều chế BPSK và khoảng 20 lần với điều chế QPSK. Tuy nhiên, do thông số kỹ thuật của thiết bị không cho biết thiết bị hoạt động ở giá trị SNR nào nên việc so sánh này còn hạn chế. Tốc độ truyền dữ liệu trong thí nghiệm thấp nguyên nhân là do mạng điện trong nhà có số đường nhiều hơn trong mô phỏng gây ra bởi sự phản xạ tín hiệu tại các điểm có trở kháng không liên tục. Đó là chưa kể đến ngoài nhiễu trắng AWGN dữ liệu truyền còn bị ảnh hưởng bởi các loại nhiễu khác và ảnh hưởng của chất lượng đường dây điện.Về lý thuyết, tốc độ truyền dữ liệu của thiết bị chỉ có thể lên tới tốc độ 200 Mbps khi sử dụng điều chế 1024 QAM.Với 917 sóng mang được sử dụng với điều chế 1024 QAM thì tốc độ bit của là 10. Số bit truyền trên 01 tín hiệu OFDM là 9170. Thời gian truyền 01 tín hiệu OFDM là 46.5 µs. Tốc độ truyền là 9170 bit/46.5 µs ~ 197 Mbps.
5.7. Kết luận
Chương này đã mô phỏng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện theo chuẩn HomePlug AV và vẽ đồ thị BER, PER theo SNR từ đó tính thông lượng của tín hiệu qua hệ thống. Qua việc phân tích các kết quả mô phỏng và so sánh với các kênh truyền chỉ có nhiễu AWGN, kênh Rayleigh Fading cũng như kết quả thí nghiệm, chất lượng hệ thống PLC phụ thuộc rất nhiều vào môi trường truyền dẫn là đường dây điện bao gồm cấu trúc mạng điện và chất lượng dây dẫn.
KẾT LUẬN
Sau một 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 đã tìm hiểu được các vấn đề:
- Tổng quan về mô hình truyền dữ liệu, một số kiến thức tổng quan về công nghệ PLC, ưu điểm và nhược điểm của PLC, nguyên lý hoạt động của mạng PLC trong nhà;
- Tổ chức HomePlug là tổ chức phi lợi nhuận nghiên cứu tiêu chuẩn cho các sản phẩm và mạng đường dây điện trong nhà; chuẩn HomePlug AV; một vài ứng dụng phổ biến nhất của tiêu chuẩn HomePlug;
- Một số thiết bị PLC có trên thị trường thế giới và trong nước; thực hiện thí nghiệm kết nối các thiết bị PLC sử dụng mạng điện trong nhà và so sánh với kết quả kết nối mạng LAN về tốc độ truyền dữ liệu;
- Cấu trúc vật lý, nhiễu, các đặc trưng và mô hình kênh truyền của môi trường truyền dẫn đường dây điện;
- 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 2 và 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 trên nhiễu (Signal-to-Noise Ratio - SNR) từ đó tính thông lượng của tín hiệu qua hệ thống để đánh giá chất lượng hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện được mô phỏng theo chuẩn HomePlug AV so sánh với hệ thống truyền thông tin qua kênh nhiễu trắng, kênh Rayleigh Fadingvà thiết bị thực tế trong thí nghiệm.
Với thời gian có hạn, luận văn chưa thực hiện mô phỏng được hệ thống truyền thông tin trong mạng LAN để so sánh với hệ thống truyền thông tin qua đường dây điện để có những đánh giá đầy đủ hơn. Tuy nhiên, với những kết quả đạt được đã được sử dụng để so sánh với thiết bị thực tế, luận văn sẽ là một nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho các học viên khóa sau khi có nhu cầu tiếp tục phát triển đề tài truyền thông tin qua đường dây điện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. J. Anatory and N. Theethayi (2010), Broadband Power-line Communication Systems - Theory and Applications,WIT Press, Southampton.
2. 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.
3. Xavier Carcelle (2006), Power Line Communications in Practice, Artech
House, Boston.
4. Mark E. Hazen (2008), The Technology Behind HomePlug AV Powerline Communications, Intellon, pp.90-92.
5. Halid Hrasnica, Abdelfatteh Haidine, Ralf Lehnert(2004), Broadband Powerline Communications Networks- Network Design,John Wiley and
Sons, Ltd.
6. 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.
7. 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.
8. Holger Philipps (1999), Modelling of powerline communication channels,
Proc. 3rd Intl Symp. Power-Line Communications and Its Applications, Lancaster, UK, pp. 14-21.
9. 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
Phụ lục 1
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
MỘT SỐTHIẾT BỊ PLC TRÊN THỊ TRƯỜNGTRONG NƯỚC 1.1. Một số thiết bị của hãng Linksys
1.1.1. PowerLine AV Ethernet Adapter PLE200 Thông số kỹ thuật [16]
Tốc độ truyền dữ liệu (Mbps) 200
Chuẩn kết nối IEEE 802.3
IEEE 802.3u
Nguồn điện 100V~240V AC, 50-
60Hz
Trọng lượng (g) 136
Kích thước (mm) 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 IEEE 802.3
IEEE 802.3u
Cổng kết nối RJ-45
Nguồn điện 100V~240V AC, 50-
60Hz
Trọng lượng (g) 320
Kích thước (mm) 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 dữ liệu (Mbps) 200
Chuẩn kết nối IEEE 802.3
IEEE 802.3u
Cổng kết nối RJ-45
Nguồn điện 100V~240V AC, 50-
60Hz
Trọng lượng (g) 136
Kích thước (mm) 101.6 × 139.7 × 50.8
1.2. Một số thiết bị của hãng Planet
1.2.1. Planet PL-501 200M Powerline Ethernet Bridge Thông số kỹ thuật [16]
Tốc độ truyền dữ liệu (Mbps) 200
Chuẩn kết nối IEEE 802.3
IEEE 802.3u
Cổng kết nối 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 dữ liệu (Mbps) 85
Chuẩn kết nối IEEE 802.3
IEEE 802.3u
Cổng kết nối RJ-45
Nguồn điện 100V~240V
Kích thước (mm) 69 x 90 x 60
Trọng lượng (g) 130
Đơn vị cung cấp: Siêu thị Điện Máy Online VMART (http://shop.voip.com.vn) 1.3. Một số thiết bị của hãng Tenda
1.3.1. Tenda P200 Powerline 200Mbps Adapter Thông số kỹ thuật [16]
Tốc độ truyền dữ liệu (Mbps): 200
Chuẩn kết nối IEEE 802.3
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:
1. Cty Cổ phần đầu tư thương mại H2K Việt Nam (wifih2k):
http://wifi.com.vn
Địa chỉ: 1062 Đường Láng, Đống Đa, Hà Nội
2. Cty TNHHICE Việt Nam: http://phukiendientu.vn
3. Doanh nghiệp tư nhân Ngân Thanh: http://www.maytinhnganthanh.com Địa chỉ: 39 Nguyễn Chí Thanh, P.9, Q.5 (Hồ Chí Minh)
4. 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) 5. Siêu thị Điện Máy Online VMART: http://shop.voip.com.vn 6. Cty TNHH Kho hàng Việt Nam: http://khohang.com.vn
7. 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 dữ liệu (Mbps): 200
Chuẩn kết nối IEEE 802.3
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:
1. Cty Cổ phần đầu tư thương mại H2K Việt Nam (wifih2k):http://wifi.com.vn
2. Siêu thị Điện Máy Online VMART: http://shop.voip.com.vn 1.4. Một số thiết bị của hãng FH-net
1.4.1. FH-net PLC Adapter FHC1103-R2 200M Thông số kỹ thuật [16] Tốc độ truyền dữ liệu (Mbps): 200 Chuẩn kết nối IEEE 802.3 IEEE 802.3u IEEE 802.1d Cổng kết nối RJ-45 Nguồn điện 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 dữ liệu (Mbps): 85
Chuẩn kết nối IEEE 802.11b
IEEE 802.11g
Cổng kết nối RJ-45
Nguồn điện 100V~260V
1.5. Thiết bị Airmobi HC-014của hãng Airmobi Thông số kỹ thuật [16]
Chuẩn kết nối IEEE 802.3 IEEE 802.3u Cổng kết nối RJ-45 Ethernet Power jack Kích thước (mm) 185 × 140 × 85 Trọng lượng (g) 400
Phụ lục 2
CÁC HÀM SỬ DỤNG TRONG MÔ PHỎNG
2.1. Hàm BER
Hàm BERđược xây dựng để thực hiện tính tỷ lệ lỗi bít giữa hai tín hiệu x và y function ber = BER( x,y )
%Ham BER tinh ty le loi bit giua 2 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 được xây dựng để thực hiện cộng nhiễu trắng Gaussian vào tín hiệu x với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu là 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 do pho AWGN
s=sqrt(No/2);%Tinh do lech chuan
noise =s*(randn(1,L) + j*randn(1,L) ); %Tao nhieu trang Gaussian do
lech chuan s
y = x + noise;% Cong nhieu vao tin hieu x
end
2.3. Hàm BPSKMod
Hàm BPSKMod thực hiện 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
2.4. Hàm BPSKDeMod
Hàm BPSKDeMod thực hiện 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 thanh tin hieu nhiphan bit_stream N = length(BPSK); for i=1:N if real(BPSK(i))> 0 bit_stream(i)=0; else bit_stream(i)=1; end end end 2.5. Hàm QPSKMod
Hàm QPSKMod thực hiện 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 hiện 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 thanh tin hieu nhiphan bit_stream
bhat=[real(QPSK)<0;imag(QPSK)<0]; bhat=bhat(:)';
bit_stream=bhat;% Tra ve cac tin hieu 0 va 1