2.1.1. Khái niệm PLC
PLC (Power Line Communication) là công nghệ sử dụng mạng lƣới đƣờng dây cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thơng tin nhằm tiết kiệm chi phí đầu tƣ (hình 2.1).
Hình 2.1: Hệ thống truyền thông tin trên đƣờng dây điện lực
PLC đƣợc phát triển bởi Northern Telecom và United Utilities, có khả năng truyền số liệu ở tốc độ trên 1Mbps (thế hệ X10) dựa trên cơ sở hạ tầng điện lực có sẵn. Dữ liệu trên đƣờng dây điện sẽ đƣợc đƣa tới các công tơ tại đây sẽ có một mơdem để tách dữ liệu ra và muốn gửi thơng tin thì ngƣợc lại.
Ý tƣởng truyền tín hiệu thơng tin trên đƣờng dây tải điện đã đƣợc sử dụng từ lâu bằng cách sử dụng phƣơng thức điều chế bật tắt sóng mang tin (turn on – turn off carrier). Giống nhƣ 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 ba các thông tin phục vụ ngành
10
điện, nhƣng với cách này tốc độ truyền tin rất thấp. Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ, đặc biệt là cơng 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 bƣớc phát triển nhảy vọt và trở thành một trong những công nghệ truy cập băng rộng và tốc độ cao đầy hứa hẹn.
2.1.2. Một số thành tựu đạt đƣợc của PLC
Ý tƣởng về việc gửi tín hiệu thơng tin trên cùng một cặp dây đƣợc sử dụng để phân phối điện cũng bắt nguồn từ xa xƣa nhƣ điện báo, tuy nhiên số lƣợng thiết bị truyền thông đƣợc cài đặt trên hệ thống dây dành riêng vƣợt xa số lƣợng cài đặt trên dây điện nguồn AC mà khơng có bất cứ lý do nào. Cho đến mấy thập kỷ gần đây con ngƣời 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 đƣợc 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 đƣa ra hệ thống truyền và nhận tín hiệu truyền thơng qua Dòng điện xoay chiều ba pha. Cho đến thời điểm hiện tại, có thể kể đến một số thành tựu của PLC nhƣ sau:
- Công nghệ PLC băng thông rất thấp (lên đến 25 bps)
- Turtle ® (Tryền dẫn băng siêu hẹp) Thƣơng hiệu thuộc sở hữu của mạng truyền thông Turtle của Mỹ.
- PFPM (Điều pha tần số công suất).
- Ripple Control (Điều tần qua đƣờng điện). - Băng thơng trung bình baud: (lên đến 9.600 bps) - Echonet
- Archnet
- Công nghệ bán dẫn, Australia.
- National Semiconductor. (LM1893 / LM 2893) - Itran
11
- 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 đƣợc liệt kê ở trên vẫn còn trong giai đoạn “thử nghiệm”. Sẽ mất một thời gian cho các cơng nghệ này sẽ đƣợc đóng gói thành sản phẩm cuối cùng và chứng minh cho sự hứa hẹn về băng thông.
2.1.3. Phân loại công nghệ
2.1.3.1. 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 đƣờng truyền tải dài từ vài chục kilomet đến vài trăm kilomet.
Mức điện áp trung bình (10 - 30KV): Cung cấp cho các khu dân cƣ 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 (110 - 380V): Cung cấp điện năng cho các khách hàng là các hộ gia đình, cơ quan, trƣờng học…với khoảng cách truyền tải ngắn từ vài trăm mét đến vài kilomet. Hệ thống lƣới 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 lƣới 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 đƣợc bật hay tắt, vì vậy mỗi cơng nghệ PLC lƣới điện hạ thế cần có giải pháp khắc phục những vấn đề vật lý nhƣ vậy.
2.1.3.2. Phân loại theo tốc độ bít
PLC băng hẹp – tốc độ bít thấp: Ứng dụng PLC đầu tiên đƣợc dùng cho phạm 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, ngƣời ta đã xác định giải tần có thể dùng cho yêu
12
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 đƣợc quy định bời CENELEC chỉ cho phép truyền dẫn ở tốc độ tƣơng đối thấp, các nghiên cứu cho giải tần cao đang đƣợc 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 nhƣ an ninh, điều khiển không lƣu, 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 đƣợc dùng cho các úng dụng ngồi nhà (Outdoor), cịn dải tần từ 10 – 30 MHz dành cho các ứng dụng trong nhà (Inhouse).
2.1.3.3. 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 nhƣ mạng riêng mà khơng 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 trƣờng hợp trạm hạ áp sẽ đƣợc dùng nhƣ điểm kết nối mạng trục và mạng điện hạ thế sẽ đƣợc dùng để kết nối đến nhà khách hàng. Điểm kết nối mạng trục cũng có thể đƣợc 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 10Mhz đƣợc ấn định dành riêng (hoặc ƣu tiên) cho truy nhập nội hạt, dải tần từ 10Mhz đến 30 Mhz đƣợc ƣu tiên dành cho ứng dụng mạng gia đình (in-house).
2.1.3.4. Phân loại theo phƣơng thức điều chế
Bốn kỹ thuật khác nhau có thể đƣợc sử dụng cho truyền thông qua đƣờng dây điện lực. Với một PLL (vịng khóa pha), q trình truyền tải có thể đƣợc 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, nhƣng
13 hiệu quả bị hạn chế.
Kỹ thuật thứ hai là dựa trên nguyên lý trải phổ với một bộ tƣơng quan. Ở đây, tín hiệu phát chiếm băng thông lớn hơn đáng kể băng thông tối thiểu cần thiết để gửi các thơng tin vì vậy nó đƣợc trải ra và đƣợc điều chế. Đầu thu cần biết mẫu phát và tín hiệu đƣợc lấy mẫu thƣờng xun. Băng thơng thấp sẽ làm tăng tính nhạy cảm với hiện tƣợng 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 tƣ kết hợp điều chế của một tần số thấp, xung cƣờng độ cao trong dịng điện để liên lạc. Các loại hình giao tiếp nhƣ vậy đã đƣợc thử nghiệm bởi các công ty phân phối để quản lý tránh các lỗi của tải của họ Trong số các cơng 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.
2.1.3.5. Phân chia tần số
Theo tiêu chuẩn của châu Âu năm 1991 (EN 50065-1 standard) xác định chuẩn tín hiệu trên đƣờng hạ thế nằm trong khoảng từ 3Khz tới 148,5Khz ( băng tần không cần đăng ký). Trong băng tần này đƣợc chia thành 5 băng con. Trong đó, hai băng đầu 3-9 và 9-95Khz là dành cho nhà cung cấp điện lực và ba băng còn lại dành cho khách hàng. Băng A, sóng mang có thể từ 9Khz tới 95Khz dùng cho việc trao đổi thông tin giữa khách hàng và nhà cung cấp. Băng C đƣợc dùng cho khách hàng sử dụng các giao thức truy nhập, băng B cũng đƣợc dùng cho khách hàng tuy nhiên khơng có giao thức truy nhập nên có thể coi băng này là băng thông tin tự do.
Hiện nay ngƣời ta chia dải tần ra nhƣ sau: 9- 525KHz cho băng hẹp và cho các mục đích đo đạc từ xa. 1,6- 30 MHz dành cho truyền dữ liệu băng rộng trong đó 1.6 -10MHz dành cho kỹ thuật ourdoor PLC và 10-30MHz cho kỹ thuật indoor PLC. Trongđó nó chia thành các băng con 9-95 KHz, 9- 148,5KHz, 100- 148,5KHz, 148,5- 25KHz, 526,5KHz- 1,6MHz, 1,6- 10 MHz, 1,9- 25MHz, 10- 30MHz. Các hệ
14
thống PLC hoạt động ở dải tần đến 30MHz đƣợc xem xét nhƣ là hệ thống PLC băng rộng.