6.2 Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC
6.2.2 Đặc tính của kênh truyền
Đờng dây điện và các mạng liên quan không đợc thiết kế cho mục đích truyền thông. Mức tạp âm, suy hao cáp ở tần số hoạt động là rất lớn. Các tham số kênh quan trọng chẳng hạn nh trở kháng và sự suy hao biến đổi không xác
định theo thời gian. Đó là thách thức lớn nhất của công nghệ PLC.
6.2.2.1 Tạp âm và nhiễu
Nguồn gây tạp âm phổ biến trên mạng truyền tải điện năng gồm có sự phóng điện hoa, chớp, sét, các thiết bị đóng ngắt mạch .v.v... Trên mạng điện hạ thế, nhiều nguồn gây tạp âm này bị lọc ở trạm biến áp trung, hạ thế, vì vậy nhiễu phổ biến nhất trên mạng hạ thế là các đồ dùng gia dụng và các thiết bị
văn phòng khác nhau nối đến mạng điện. Tạp âm và nhiễu trên mạng điện có thể đợc phân thành 2 loại:
- Nhiễu dạng sóng, gồm có: Quá áp bao gồm ổn định (> 2s) và đột biến (<2s), sụt áp, yếu điện, biến đổi tần số.
- Nhiễu thêm vào (superimposed disturbances): Dao động liên tục hoặc vốn có hoặc ngẫu nhiên, nhiễu chuyển tiếp bao gồm xung và dao
động cỡng bức.
Nhiễu dạng sóng thờng ít ảnh hởng đến hệ thống PLC. Bộ thu phát thờng
đủ thông minh để khắc phục đợc nhiễu quá áp và sụt áp. Nhiễu hài có thể là nguồn nhiễu chính, nhng chúng chỉ xảy ra ở tần số thấp hơn tần số thiết kế cho hệ thống PLC. Sự biến đổi tần số có thể gây ra vấn đề lớn cho hệ thống PLC, vì nhiều hệ thống đơn giản dựa vào tần số sóng mang chính (sóng sin 50Hz) để đồng bộ giữa phía phát và phía thu. Sự biến đổi sóng này sẽ gây ra lỗi truyền dẫn. Các hệ thống hiện đại có thể vợt qua trở ngại này bằng cách tránh dựa vào tần số sóng mang chính để đồng bộ.
Trên mạng hạ thế, nhiễu thêm vào do một số lớn các thiết bị gia dụng gây ra. Có thể phân loại hơn nữa tạp âm loại B nh sau :
- Tạp âm có các thành phần dây đồng bộ với tần số hệ thống điện.
Nguồn thông thờng của loại tạp âm này là triac và bộ chỉnh lu có
điều khiển silic, mà có thể thấy trong các đồ gia dụng nh chiết áp đèn và máy photocopy. Phổ của tạp âm loại này bao gồm một chuỗi hài của tần số chính (50Hz).
- Tạp âm với phổ bằng phẳng nói chung do các mô tơ thông dụng gây ra. Kết quả quá trình quét đảo pha trong thiết bị dùng mô tơ chẳng hạn nh máy xay và máy hút bụi là tạo ra loại tạp âm này có phổ bằng phẳng trong dải tần dùng bởi hệ thống PLC. Vì vậy, nó có thể đợc mô
hình nh tạp âm trắng băng tần giới hạn. Đặc tính của nhiều thiết bị có mô tơ thông dụng là chúng thờng dùng trong khoảng thời gian ngắn.
Vì vậy, hệ thống PLC mà không hoạt động trong thời gian thực có thể tránh tạp âm này bằng cách dừng hoạt động khi các thiết bị này
hoạt động. Ngợc lại, các hệ thống thời gian thực phải có khả năng khắc phục tạp âm loại này.
- Tạp âm xung sự kiện độc lập chủ yếu do các thiết bị chuyển mạch,
đóng ngắt công tắc, v.v... Tạp âm loại này gây nhiễu toàn bộ dải tần trong một khoảng thời gian ngắn, và thờng đợc mô hình nh nhiễu xung. Kinh nghiệm với tạp âm xung trong môi trờng truyền dẫn khác
đã chỉ ra rằng tạp âm loại này có thể khắc phục bằng mã sửa lỗi.
- Tạp âm không đồng bộ (Non synchronous noise): Đặc điểm của tạp
âm không đồng bộ là cácthành phần có chu kỳ xảy ra ở tần số khác các hài của tần số chính. Nguồn chủ yếu của tạp âm loại này là ti vi và màn hình máy tính. Tín hiệu quét và đồng bộ trong các thiết bị nh vậy có thể gây ra các thành phần tạp âm ở tần số đã biết, ví dụ, nhiễu từ máy thu hình hệ PAL là ở 15734 kHz và các hài liên quan. Các chuẩn khác nhau của tần số quét của máy thu hình và màn hình máy tính có các thành phần tạp âm bức xạ khác nhau. Giải pháp để giảm thiểu những nhiễu nh vậy là tránh truyền dữ liệu ở tần số 15734 kHz và các hài liên quan, và dùng phơng pháp điều chế phân chia tần số, tránh tạp âm loại này ở các tần số không dự đoán đợc.
6.2.2.2 Trở kháng kênh và suy hao.
Trở kháng đặc tính của một cáp điện không tải có thể thu đợc bằng mô
hình tham số phân bố chuẩn, cho bởi công thức
R j L Z G j C
ϖ ϖ
= + +
ở tần số hoạt động của hệ thống PLC, Z L
= C , trong đó L và C là cảm kháng và dung kháng đờng dây.
Tuy nhiên, mô hình đờng dây phân bố đồng nhất không phải là một mô
hình cho thông tin PLC, vì đờng dây điện có một số tải trở kháng khác nhau
nối đến mạng điện trong các khoảng thời gian khác nhau. Vì vậy, có thể xem trở kháng kênh là một biến thăng giáng mạnh và khó dự đoán.
Ta có thể thấy, giá trị trở kháng biến đổi rất lớn. Nh đã đề cập, trở kháng toàn bộ của mạng hạ thế tạo thành từ các kết nối song sóng của tất cả các tải trên mạng, vì thế trở kháng nhỏ sẽ đóng vai trò quan trọng. Trở kháng toàn bộ rõ ràng rất khó dự đoán. Nói chung, trở kháng kênh rất thấp. Đó là một khó khăn lớn khi thiết kế mạch phối ghép cho truyền thông PLC. Lý thuyết công suất truyền tối đa chỉ ra rằng máy phát và trở kháng kênh phải phối hợp thì
công suất truyền mới lớn nhất. Với sự biến đổi trở kháng kênh mạnh mẽ, điều này rất khó. Ngời thiết kế hệ thống PLC phải thiết kế máy phát và máy thu có trở kháng vào và ra đủ thấp để xấp xỉ phối hợp trở kháng kênh trong phần lớn các tình huống.
Truyền dẫn tín hiệu đa đờng: Vì cấu trúc của mạng điện hạ thế, một số lớn sự phản xạ xảy ra do sự mất phối hợp trở kháng trên đờng dây. Tín hiệu sẽ không chỉ đợc truyền theo đờng trực tiếp giữa máy thu và máy phát, mà còn theo nhiều đờng khác nhau. Kết quả tạo ra sự truyền dẫn tín hiệu đa đờng với pha dinh lựa chọn tần số. Sự truyền đa đờng ảnh hởng rất lớn đến quá trình truyền dữ liệu. Do hiện tợng đa đờng, một hoặc nhiều bản sao của tín hiệu sẽ cùng truyền đến máy thu, nên quá trình truyền sẽ bị nhiễu liên ký tự ISI.
Suy hao do tổn hao cáp gây ra: Suy hao tín hiệu thông tin trên môi trờng mạng điện là rất cao. Suy hao kênh truyền thẳng kết hợp với vấn đề mất phối hợp trở kháng sẽ đa ra mức suy hao rất lớn.