Đó là ý tưởng cho một căn nhà hiện đại tự động hoàn toàn với các thiết bị điện được điều khiển theo ý muốn của người sử dụng. Hầu hết các thiết bị điện trong nhà đều được tích hợp với modem PLC và người sử dụng có thể điều khiển bất kỳ thiết bị nào ở mọi nơi trong nhà như các hệ thống chiếu sáng được quản lý và hoạt động tự động do một máy tính trung tâm điều khiển, cánh cổng cũng được điều khiển đóng mở tự động hay các hệ thống báo động, camera đều được quản lý và điều khiển qua hệ thống PLC. Không những thế, các thiết bị điện còn có thể tự động gửi thông tin ( nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng quả tải ) đến một máy chủ trong nhà để người sử dụng có thể dễ dàng biết được tình trạng của toàn bộ các thiết bị. Ta có thể thấy rõ ràng rằng, nếu không sử dụng công nghẹ PLC cho hệ thống đa dạng như trên thì việc đi các đường cáp tín hiệu sẽ rất phức tạp.
1.5. Kết luận chƣơng
Công nghệ PLC hiện nay đã được ngày một hoàn thiện cho phép hệ thống truyền tin PLC là ưu việt cho truyền dẫn dữ liệu trên mạng lưới điện lực sẵn có với thông lượng tối đa và mức năng lượng tối thiểu. Cách điều chế và phân bổ tần số tránh được xuyên nhiễu gây ra bởi sóng radio và các dịch vụ phát quảng bá khác. Công nghệ tiên tiến bảo đảm sự truyền dẫn dữ liệu là an toàn bí mật.
Hệ thống PLC là dễ dàng sử dụng:
• Chiếm tới 90% kết nối của hộ gia đình - mỗi ổ cắm chính là một giao tiếp kết nối.
• Không kéo thêm cáp mới - công nghệ vượt qua đối thủ cạnh tranh để dẫn đầu.
• Là một sự chọn lựa thực sự bắt lấy cơ hội kinh doanh trong thị trường-làm lợi cho khách hàng.
• Băng thông ngày một tăng lên đáp ứng đòi hỏi về truy cập dải rộng. • Đáp ứng nhu cầu tăng của mạng trong nhà.
Lợi dụng mạng PLC mở ra các cơ hội kinh doanh mới - không chỉ trong lĩnh vực truy nhập mà còn các dịch vụ đi kèm với PLC. Hệ thống PLC đang ở giai đoạn
phát triển ban đầu. Công nghệ đang tiếp tục phát triển, có thêm nhiều đặc tính hiệu quả trong những dòng sản phẩm tiếp theo. Một hệ thống PLC có thể mở rộng vô hạn từ nhỏ thành lớn và thêm các dịch vụ giátrị gia tăng.
Những thuận lợi tiềm năng của công nghệ PLC:
Mô hình viễn thông này đã có rất nhiều thuận lợi so với các loại hình khác, bao gồm mạng truy nhập được thiết lập ở tốc độ cao và các kết nối chuyên dụng. Những thuận lợi này tạo cho công nghệ PLC một phương án hấp dẫn cho các hệ thống viễn thông.
Trong mô hình PLC, các mạng LAN nhỏ được tạo ra, chúng kết thúc tại mỗi trạm điện khu vực. Những mạng LAN này sẽ cùng chia sẻ các luồng E1/T1 kết nối Internet, điện thoại, truyền hình cáp tương tự như luồng E1/T1 thuê riêng. Mỗi người sử dụng riêng sẽ được tốc độ cực lớn, tăng nhiều so với việc kết nối qua modem điện thoại 28,8Kbps hoặc 56Kbps như đã thấy trong phần so sánh PLC với các công nghệ truy nhập băng rộng khác.
Một thuận lợi kết hợp khác nữa đối với mô hình PLC là nó hoạt động tốt trên hạ tầng mạng điện lực đang tồn tại. Chỉ có các thiết bị Headend tại trạm biến áp, những bộ Homegateway và các PLC modem là cần phải lắp đặt để thiết lập một mạng PLC.
Các đường dây thông tin đa mục đích và chuyên dụng đưa ra mô hình PLC một lựa chọn hấp dẫn cho kỷ nguyên thông tin. Băng tần rộng và ghép kênh phân chia theo tần số cho phép rất nhiều đường dây cùng đến một nhà. Một cách lý tưởng thì toàn bộ gia đình có thể sử dụng tất cả các thiết bị thông tin đồng thời, kể cả điện thoại, truyền hình cáp, PC mà không có thiết bị nào bị ngắt.
Công nghệ Power line communication là một sự lựa chọn hấp dẫn để kết nối internet, điện thoại, truyền hình cáp thông qua một công nghệ truy nhập băng rộng với chi phí cho mạng truy nhập tương đối thấp. Cần chú ý rằng, theo tổng kết cơ sở hạ tầng của mạng truy nhâph nội hạt đối với một hệ thống khai thác viễn thông chiếm khoảng 50% tổng đầu tư của một nhà khai thác viễn thông cho tonà bộ cơ sở hạ tầng mạng lưới viễn thông của họ. Thêm nữa, tốc độ truy cập cao của nó sẽ đưa
ra cho khách hàng các dịch vụ truy nhập internet, video theo yêu cầu, điện thoại nội hạt, đường dài và các dịch vụ gia tăng khác.
Đối với công nghệ PLC ta thấy có những hấp dẫn sau :
• Công nghệ PLC hiện nay đã được ngày một hoàn thiện cho phép hệ thống truyền tin PLC là ưu việt đối với truyền dẫn dữ liệu trên mạng lưới điện lực sẵn có với thông lượng tối đa và công suất thấp.
• Phương pháp điều chế và phân bổ tần số tránh được xuyên nhiễu gây ra bởi sóng vô tuyến và các dịch vụ phát quảng bá khác. Công nghệ tiên tiến đảm bảo sự truyền dẫn dữ liệu là an toàn.
• Với nhà cung cấp mới, việc xây dựng cơ sở hạ tầng truy nhập nội hạt chiếm một tỷ trọng đầu tư rất lớn (tới khoảng 50% tổng đầu tư) trong khi PLC lại tần dụng toàn bộ cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng lưới điện lực.
• Hiện nay có nhiều lựa chọn, ví dụ: cáp đồng trục, DSL, và truyền dữ liệu vô tuyến:
- Nhà cung cấp điện thoại thì lựa chon công nghệ DSL để tăng băng thông của lớp “truy nhập nội hạt” của họ.
- Nhà cung cấp dịnh vụ trên cơ sở mạng cáp thì lựa chọn công nghệ dùng cáp đồng trục.
- Còn các nhà cung cấp khác muốn dùng công nghệ vô tuyến.
• Ngành điện lựa chọn công nghệ PLC để tận dụng mạng lưới điện sẵn có. • Ngoài nhu cầu cung cấp dịch vụ đến từng khách hàng, nó cũng có thể dùng để thiết lập mạng LAN gia đình (in-house LAN).
• Công nghệ PLC đang ngày càng nhận được sự quan tâm nhiều trên thị trường viễn thông bởi lẽ nó cho phép đáp ứng được một nhu cầu đang ngày càng phát triển mạnh của người dùng đó là nhu cầu thông tin dữ liệu băng rộng tốc độ cao với chi phí ít tốn kém hơn.
Mạng truy nhập băng rộng sử dụng công nghệ PLC hiện tại và trong tương lai cần đạt được các mục tiêu sau đây để trở thành công nghệ ứng dụng và là sự lựa chọn hàng đầu cho các nhà khai thác viễn thông trong việc lựa chọn các giải pháp cho mạng truy nhập băng rộng:
• Khả năng đưa đến 100% hộ gia đình và các doanh nghiệp nhỏ. • Băng thông đạt tới 45 Mbps trên đường hạ thế.
• Quản lý mềm dẻo chất lượng dịch vụ.
• Cung cấp dịch vụ ở bất cứ nới đâu mà đường cáp điện đi tới (ở Việt nam đường cáp điện phủ sóng tới 95 % dân số) mà không cần kéo cáp mới.
• Phát triển nhanh chóng • Chi phí đầu tư thấp.
• Tác dụng dìm giá trong mạng điện. • Giảm chi phí.
Nhưng thực tế đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, cho đến nay các đặc tính cụ thể của kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả. Phần tiếp theo của chương sẽ trình bày về yếu tố ảnh hưởng, các kỹ thuật phối ghép, điều chế và mã hóa tín hiệu trên đường dây điện lực nhằm giảm thiểu những ảnh hưởng gây nên do đặc tính của kênh.
CHƢƠNG 2
MỘT SỐ KỸ THUẬT TRIỂN KHAI TRÊN HỆ THỐNG PLC
2.1. Đặc tính kênh truyền đƣờng cáp điện
Môi trường truyền là một vấn đề quan trọng của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Do bản chất sơ khai của đường cáp điện không phải là để truyền dẫn tín hiệu thông tin cho nên không có một sự đảm bảo hiệu năng nào khi thực hiện truyền thông trên cáp điện nhìn từ quan điểm truyền dẫn tín hiệu. Lưới điện là một môi trường vô cùng phức tạp với rất nhiều các loại tín hiệu khác nhau cùng tồn tại như tín hiệu xoay chiều 220V – 50Hz, các loại nhiễu trên mọi dải tần, các sóng vô tuyến, các xung điện áp xuất phát từ các thiết bị điện… Ngoài ra, không thể phản ánh một cách chính xác năng lượng trong môi trường dây dẫn điện.
Trong khi đó, thực tế điện dung của đường dây bị chi phối trong các trường hợp mà trở kháng lớn hơn nhiều đặc tính của dây. Một số loại tải có tính dung kháng, tuy trở kháng đối với tín hiệu điện 50Hz lớn nhưng lại là trở kháng nhỏ so với tín hiệu truyền dẫn tần số cao, so đó làm suy giảm nghiêm trọng điến sự truyền dẫn tín hiệu của PLC (hình 2.1)
Hình 2.2: Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện
2.1.1. Sự giới hạn băng thông
Như mô tả ở trên, bề rộng băng thông là tỷ lệ với tốc độ bít, vì thế một băng thông lớn là cần thiết trong truyền thông với tốc độ bít cao.
Ở châu Âu, băng thông cho phép được quy định bởi tiêu chuẩn CENELEC, tiêu chuẩn này chỉ cho phép dải tần số giữa 3KHz và 145,5KHz. Điều này gây khó khăn cho PLC vì với băng thông như vậy không thể thực hiện được việc truyền những thông tin yêu cầu tốc độ bít cao như âm thanh, hình ảnh trực tuyến…
Hình 2.3 trình bày băng thông một cách chi tiết của tiêu chuẩn CENELEC. Dải tần số của PLC được chia làm 5 băng nhỏ. Hai băng đầu (3-9 và 9-95KHz) là giới hạn cho nhà cung cấp năng lượng và 3 giới hạn kia dành cho tuỳ chọn của khách hàng cung cấp năng lượng. Trong phần ghi chú thêm, chuẩn băng tần được cho phép cũng giới hạn băng tần tại máy phát. Như vậy hiện tại vẫn chưa có một thống nhất cho phép về băng tần của PLC, đó là một hạn chế rất lớn ảnh hưởng đến sự phát triển của PLC.
Hình 2.3: các băng tần trong tiêu chuẩn CENELEC
Trong việc tăng thêm tốc độ bít, băng thông rộng hơn có thể là cần thiết. Các nghiên cứu gần đây đưa ra đề nghị tần số sử dụng trong khoảng giữa 1 và 20MHz. Nếu khoảng tần này được sử dụng, nó có thể làm tăng thêm rất lớn băng thông và có thể cho phép các ứng dụng cần tốc độ bít cao trên đường cáp điện. Một số vấn đề quan trọng là một phần của băng tần này đã được phân cho hệ thống thông tin khác. Những hệ thống thông tin khác sử dụng những băng tần cho phép này cũng gây nhiễu loạn tới hệ thống thông tin trên đường điện PLC. Một số ví dụ về hệ thống thông tin trong dải này là Radio, Radio nghiệp dư và hoa tiêu máy bay.
2.1.2. Nhiễu trên đường cáp điện
Đường dây điện được ra đời phục vụ cho việc truyền năng lượng điện chứ không nhằm mục đích truyền thông tin. Khi đưa thông tin truyền trên đó, ta sẽ gặp phải rất nhiều yếu tố gây nhiễu cho tín hiệu.
Nguồn gây nhiễu chính trên lưới điện xuất phát từ các thiết bị điện, chúng sử dụng nguồn cung cấp 50Hz và phát ra thành phần nhiễu kéo dài trên toàn bộ phổ tần của lưới điện. Phần nữa chính là từ sóng radio ở khắp mọi nơi như các hệ thống thông tin di động, phát thanh, truyền hình, kiểm soát không lưu, quân sự… ở mọi băng tần được sử dụng sóng tần số thấp vài trăm KHz đến sóng tần số siêu cao hàng GHz mang lại. Nguồn nhiễu sơ cấp của nhiễu trong khu vực dân cư là các thiết bị điện dân dụng: động cơ, đèn chiếu sáng, tivi… Ta có thể chia nhiễu làm các loại như sau:
2.1.2.1. Nhiễu tần số 50Hz.
Nhiễu này xuất hiện đồng thời với sóng mang trên lưới điện, nó bao gồm tín hiệu tần số 50Hz và các hài của nó. Tuy nhiên, do có tần số thấp nên nguồn nhiễu này chỉ có ảnh hưởng chút ít tới hoạt động của hệ thống. Tần số làm việc của hệ thống càng nhỏ thì ảnh hưởng của loại nhiễu này càng lớn và ngược lại.
2.1.2.2. Nhiễu xung đột biến.
Xuất hiện một cách bất thường trên lưới điện, mỗi khi có một thiết bị điện kết nối hoặc được ngắt khỏi lưới điện, đặc biệt là những thiết bị có công suất lớn như bếp điện, bàn là hoặc thiết bị có sự phóng điện như đèn neon… Một thiết bị như vậy khi đóng, ngắt khỏi ổ điện tức là sẽ đóng, ngắt dòng điện lớn làm xuất hiện sự phóng tia lửa điện tại chỗ tiếp xúc, bản thân tia lửa điện này là một nhiễu dải rộng bao gồm nhiều tần số khác nhau, mang các mức năng lượng khác nhau.
Hình 2.4: Xung nhiễu xuất hiện khi bật đèn 2.1.2.3. Nhiễu xung tuần hoàn
Hầu hết nguồn gây nhiễu kiểu này đều xuất phát từ các Triac điều khiển đèn điện tần số xuất hiện của nó bằng hai lần tần số dòng xoay chiều trên lưới điện, hay nói cách khác là nó sẽ lặp lại sau mỗi nửa chu kỳ.
Hình 2.5: Nhiễu xung tuần hoàn 2.1.2.4. Nhiễu xung kéo dài
Được gây ra bởi các loại động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều trong các thiết bị điện (máy khoan, động cơ truyền lực, máy hút bụi và nhiều các thiết bị ứng dụng khác…). Các bộ phận tiếp xúc như cổ góp ở động cơ điện một chiều sẽ là một trong những nguyên nhân gây nhiễu trên, xuất hiện với tần số của chuỗi xung khoảng vài KHz trở xuống.
2.1.2.5. Nhiễu chu kỳ không đồng bộ
Kiểu này có đường phổ không tương quan với sóng hình sin 50Hz. Việc khởi động thiết bị điện như tivi sẽ làm phát ra loại nhiễu này đồng thời với tần số quét mạnh 15734Hz trong tivi. Các thành phần của nhiễu này cần phải được loại bỏ khi thiết kế một hệ thống thu phát. Nó được thấy nhiều trong khu dân cư và rất không ổn định, mức độ nhiễu theo từng ngày, từng giờ tùy theo việc sử dụng của người dân. Loại nhiễu này có khuynh hướng giảm dần năng lượng khi mà tần số tăng lên. Mật độ năng lượng nhiễu tập trung dày ở phạm vi tần số thấp. Điều đó có nghĩa là tín hiệu sóng mang trong PLC sẽ ít bị ảnh hưởng của nhiễu hơn khi tần số được tăng lên.
2.1.2.6. Nhiễu sóng radio
Bản thân lưới điện chính là một anten rất lớn thu nhận, phát xạ các sóng vô tuyến từ dải tần rất thấp cho đến rất cao. Các dải sóng do các đài phát thanh, phát hình hay radio nghiệp dư phát đi được lưới điện thu được và đó chính là một nguồn gây nhiễu rất đáng kể cho hệ thống thông tin PLC. Thêm vào đó khoảng tần số sử dụng ở PLC cũng bao gồm một khoảng dải tần đã cấp phép sử dụng cho các hệ thống thông tin vô tuyến, chính vì thế mà các tần số cho radio đó nhiễu khi rất gần tần số sử dụng của PLC.
2.1.2.7. Nhiễu nền
Đây là loại nhiễu mà ta có thể thấy ở bất kỳ đâu trên lưới điện và đối với mọi loại hệ thống thông tin. Nó luôn có trên đường dây điện, do biến áp phân phối, hệ thống chiếu sáng công cộng, các tải xa gây ra. Các phép đo chỉ ra rằng, nhiễu này giảm khi tần số tăng, nhiễu này thường gặp phải ở tần số dưới 5MHz so với phần còn lại của phổ tần.
2.1.3. Trở kháng đường truyền và sự phối hợp trở kháng
Ở hình 2.1 các tham số quan trọng của hệ thống là trở kháng đầu ra của máy phát Zt và trở kháng đầu vào của máy thu Zl . Đường dây điện lực giống như một anten phát/thu làm cản trở quá trình phát/thu tin. Mọi hệ thống truyền thông luôn cố