Luận văn thạc sĩ nghiên cứu modun truyền và nhận tín hiệu qua đường dây truyền tải điện

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu module truyền nhận tín hiệu qua đường dây tải điện. Giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí, ứng dụng thực tiễn cao.

• Tác giả: Nguyễn Huy Tĩnh
• Người hướng dẫn: GS. Phạm Thị Ngọc Yến
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động
• Đề tài: Nghiên Cứu Modun Truyền Và Nhận Tín Hiệu Qua Đường Dây Truyền Tải Điện
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình vẽ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PLC (POWERLINE COMMUNICATION)
• 1.1. Tổng quan PLC
• 1.2. Tại sao phải nghiên cứu PLC
• 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng trong truyền thông PLC
• 1.4. Các chuẩn PLC
• 1.5. Các phương thức mã hóa tín hiệu
• 2. CHƯƠNG II: THỬ NGHIỆM CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ GHÉP NỐI PLC
• 2.1. Kết nối với lưới điện
• 2.2. Các Phương Pháp Điều Chế
• 2.3. Thử nghiệm các phương thức điều chế
• 2.4. Lựa chọn phương thức điều chế
• 2.5. Kết Luận Phương Pháp Điều Chế
• 3. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH THU - PHÁT PLC
• 3.1. Yêu cầu thiết kế, lựa chọn phương án thực hiện
• 3.2. Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống
• 3.3. Sơ đồ nguyên lý và lưu đồ thuật toán
• 3.4. Chương trình điều khiển trên các Modul
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Tổng quan đề tài luận văn truyền tín hiệu qua đường dây điện

Một luận văn thạc sĩ về modun truyền và nhận tín hiệu qua đường dây truyền tải điện mở ra một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng, tận dụng cơ sở hạ tầng có sẵn để tạo ra các giải pháp truyền thông hiệu quả. Cốt lõi của đề tài này là công nghệ PLC (Power Line Communication), một kỹ thuật cho phép chồng tín hiệu dữ liệu tần số cao lên tín hiệu điện 50/60Hz. Nguyên tắc này biến mọi ổ cắm điện thành một cổng kết nối mạng tiềm năng, giảm thiểu chi phí lắp đặt và bảo trì so với các phương pháp truyền thống như cáp Ethernet hay quang. Việc nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn đi sâu vào việc thiết kế module thu phát thực tế, giải quyết các bài toán kỹ thuật phức tạp. Đề tài này có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy các ứng dụng như nhà thông minh (smart home), lưới điện thông minh (smart grid), và hệ thống đo đếm điện năng từ xa (AMI). Bằng cách phân tích sâu các phương pháp điều chế, thiết kế mạch và xử lý nhiễu, luận văn cung cấp một cái nhìn toàn diện và nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu kế tiếp hoặc triển khai thương mại hóa. Đây là một hướng đi không thể thiếu trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ.

1.1. Khám phá công nghệ PLC Power Line Communication là gì

Power Line Communication (PLC), hay truyền thông qua đường dây điện, là kỹ thuật truyền dữ liệu bằng cách sử dụng chính đường dây tải điện làm môi trường truyền dẫn. Nguyên lý cơ bản của PLC là xếp chồng một tín hiệu mang thông tin có tần số cao (thường từ 1-30MHz) lên trên tín hiệu điện xoay chiều tần số 50Hz. Tín hiệu tần số cao này sẽ lan truyền trên lưới điện và có thể được thu nhận, giải mã ở một điểm khác. Theo luận văn của Nguyễn Huy Tĩnh (2012), một bộ ghép (coupler) tại đầu thu có nhiệm vụ quan trọng là khử thành phần tần số 50Hz cơ bản trước khi xử lý tín hiệu. Công nghệ này được phân loại thành nhiều chuẩn khác nhau như BPL (Broadband over Powerline) cho internet băng thông rộng và Low-speed PLC cho các ứng dụng điều khiển, tự động hóa trong nhà với chi phí thấp.

1.2. Lý do nghiên cứu và phạm vi ứng dụng của công nghệ PLC

Nghiên cứu PLC mang lại giá trị to lớn về mặt kinh tế và ứng dụng. Lợi ích lớn nhất là tận dụng hạ tầng lưới điện có sẵn, giúp giảm đáng kể chi phí lắp đặt và bảo trì so với việc kéo cáp mới. Tốc độ truyền của PLC rất đa dạng, từ vài kbps cho các ứng dụng điều khiển đơn giản đến hàng trăm Mbps với công nghệ BPL. Phạm vi ứng dụng của PLC rất rộng, bao gồm: Tự động hóa trong nhà thông minh (smart home) để điều khiển đèn, thiết bị; triển khai hệ thống đo đếm điện năng từ xa (AMI/AMR); và xây dựng các hệ thống SCADA để giám sát và điều khiển trong công nghiệp. Với chi phí hợp lý và khả năng triển khai nhanh chóng, PLC là một giải pháp tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trong kỷ nguyên IoT.

II. Thách thức lớn khi truyền tín hiệu qua đường dây tải điện

Môi trường đường dây tải điện vốn được thiết kế để truyền tải năng lượng, không phải dữ liệu, do đó nó đặt ra vô số thách thức cho việc xây dựng một modun truyền và nhận tín hiệu ổn định. Vấn đề lớn nhất chính là nhiễu trên đường dây điện. Các thiết bị điện khi hoạt động, đặc biệt là các động cơ, đèn huỳnh quang, bộ nguồn xung, đều sinh ra nhiễu ở dải tần số rộng, có thể làm biến dạng hoặc xóa sổ hoàn toàn tín hiệu dữ liệu. Thêm vào đó, sự suy hao tín hiệu trên lưới điện là rất lớn, đặc biệt ở tần số cao và khoảng cách xa. Trở kháng của đường dây thay đổi liên tục tùy thuộc vào các thiết bị đang được cắm vào lưới, gây ra vấn đề phối hợp trở kháng cực kỳ phức tạp. Việc không phối hợp trở kháng không chỉ làm giảm công suất truyền mà còn gây ra hiện tượng phản xạ sóng, tạo ra sóng đứng làm tín hiệu tại một số điểm trên lưới bị triệt tiêu. Một luận văn thạc sĩ chất lượng phải phân tích kỹ lưỡng các yếu tố này và đề xuất các giải pháp khắc phục hiệu quả.

2.1. Phân tích các loại nhiễu trên đường dây cấp điện phổ biến

Nhiễu là kẻ thù chính của truyền thông qua đường dây điện. Tài liệu nghiên cứu chỉ ra nhiều loại nhiễu khác nhau, bao gồm: 1) Nhiễu tần số 50Hz và các hài của nó: Tuy ở tần số thấp nhưng biên độ rất lớn. 2) Nhiễu xung đột biến: Xuất hiện ngẫu nhiên khi bật/tắt các thiết bị công suất lớn, có biên độ rất cao và phổ tần rộng. 3) Nhiễu xung tuần hoàn: Gây ra bởi các bộ điều khiển Triac, lặp lại sau mỗi nửa chu kỳ của điện lưới. 4) Nhiễu sóng radio: Lưới điện hoạt động như một anten khổng lồ, thu nhận tín hiệu từ các đài phát thanh, truyền hình. Việc hiểu rõ đặc tính của từng loại nhiễu là bước đầu tiên để thiết kế các mạch lọc nhiễu hiệu quả, đảm bảo tín hiệu được thu nhận chính xác.

2.2. Vấn đề suy hao tín hiệu và phối hợp trở kháng trên lưới

Suy hao tín hiệu là hiện tượng năng lượng tín hiệu giảm dần khi truyền đi xa. Trên lưới điện, sự suy hao này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như chiều dài dây, số lượng các tải tiêu thụ và đặc tính của chúng. Các tải có tính dung kháng cao có thể làm suy giảm nghiêm trọng tín hiệu tần số cao. Vấn đề thứ hai là phối hợp trở kháng. Để công suất truyền từ bộ thu phát tín hiệu đến đường dây là lớn nhất, trở kháng ra của máy phát phải tương đương với trở kháng của đường dây. Tuy nhiên, trở kháng lưới điện là một đại lượng không ổn định, thay đổi theo thời gian và vị trí. Sự không tương thích này gây ra phản xạ sóng, làm giảm hiệu quả truyền dẫn và cần được giải quyết bằng các mạch ghép nối đường dây (coupling circuit) được thiết kế đặc biệt.

III. Hướng dẫn ghép nối module thu phát PLC với lưới điện 220V

Việc kết nối một module thu phát điện tử với lưới điện xoay chiều 220V đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật vừa đảm bảo truyền nhận tín hiệu hiệu quả, vừa phải tuyệt đối an toàn cho thiết bị và người sử dụng. Trọng tâm của quá trình này là thiết kế mạch ghép nối đường dây (coupling circuit). Mạch này có hai nhiệm vụ chính: 1) Ngăn chặn dòng điện 220V-50Hz đi vào mạch điện tử nhạy cảm. 2) Cho phép tín hiệu dữ liệu tần số cao đi qua với suy hao thấp nhất. Một thiết kế phổ biến là sử dụng mạch ghép dung kháng với các tụ điện cao áp để cách ly. Bên cạnh đó, việc tích hợp các bộ lọc thông cao hoặc thông dải là cực kỳ cần thiết để loại bỏ nhiễu tần số thấp và các thành phần nhiễu không mong muốn khác. Trong một luận văn thạc sĩ, phần thiết kế và thử nghiệm các loại mạch ghép tín hiệu khác nhau như mạch ghép R-L-C hay mạch ghép dùng biến áp cách ly sẽ thể hiện chiều sâu nghiên cứu và tính thực tiễn của đề tài.

3.1. Thiết kế mạch ghép dung kháng sử dụng tụ cao áp an toàn

Phương pháp đơn giản và phổ biến nhất là sử dụng mạch ghép dung kháng. Nguyên lý dựa trên đặc tính của tụ điện: trở kháng của tụ (Zc = 1/2πfC) rất lớn ở tần số thấp (50Hz) và rất nhỏ ở tần số cao. Một tụ C cao áp (chịu được điện áp lớn hơn 220V) được mắc nối tiếp giữa đường dây điện và đầu vào/ra của mạch PLC. Tụ này sẽ ngăn chặn hiệu quả dòng điện 50Hz. Để tăng tính an toàn, luận văn đề xuất sử dụng hai tụ mắc nối tiếp để cách ly hoàn toàn lưới điện với mạch xử lý. Tuy đơn giản, mạch này đòi hỏi phải tính toán kỹ lưỡng giá trị của tụ và điện trở phối hợp để đạt hiệu quả lọc và truyền tín hiệu tối ưu.

3.2. Các loại mạch lọc nhiễu LC và RC trong thiết kế module

Sau khối ghép nối, mạch lọc nhiễu đóng vai trò quyết định chất lượng tín hiệu. Có hai loại mạch lọc thụ động chính được sử dụng là RC và LC. Mạch lọc RC đơn giản, nhỏ gọn, phù hợp cho các dải tần thấp. Mạch lọc LC (sử dụng cuộn cảm và tụ điện) có hiệu quả lọc cao hơn, đặc biệt hiệu quả trong việc tạo ra các bộ lọc thông dải với độ chọn lọc cao nhờ hiện tượng cộng hưởng. Các mạch lọc này có thể được thiết kế để loại bỏ nhiễu trên đường dây điện và chỉ giữ lại dải tần mong muốn của tín hiệu dữ liệu. Đối với các yêu cầu cao hơn, có thể sử dụng các mạch lọc tích cực dùng khuếch đại thuật toán để đạt được độ dốc và độ chính xác cao hơn.

IV. Top phương pháp điều chế tín hiệu hiệu quả cho module PLC

Điều chế là quá trình "gán" dữ liệu số (bit 0 và 1) vào một sóng mang tần số cao để có thể truyền đi xa. Việc lựa chọn phương pháp điều chế và giải điều chế phù hợp là yếu tố sống còn, quyết định đến tốc độ, độ tin cậy và khả năng chống nhiễu của hệ thống truyền thông qua đường dây điện. Có nhiều kỹ thuật điều chế số, từ các phương pháp cơ bản như ASK (Khóa dịch biên), FSK (Khóa dịch tần), PSK (Khóa dịch pha) đến các kỹ thuật phức tạp và hiệu quả hơn như OFDM (Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) và Trải phổ (SS). Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Một luận văn thạc sĩ thường sẽ thực hiện so sánh, mô phỏng Matlab và thử nghiệm thực tế các phương pháp này để đưa ra lựa chọn tối ưu nhất cho ứng dụng cụ thể. Ví dụ, FSK thường được ưa chuộng trong các ứng dụng tốc độ thấp vì đơn giản và khả năng chống nhiễu tốt, trong khi OFDM là tiêu chuẩn cho các hệ thống băng thông rộng.

4.1. Nguyên lý điều chế và giải điều chế ASK Khóa dịch biên

Điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) là phương pháp đơn giản nhất. Trong đó, biên độ của sóng mang được thay đổi để biểu diễn các bit dữ liệu. Ví dụ, một biên độ cao có thể đại diện cho bit '1' và biên độ thấp (hoặc bằng không) đại diện cho bit '0'. Ưu điểm của ASK là mạch điều chế và giải điều chế rất đơn giản, dễ thực thi. Tuy nhiên, nhược điểm lớn của nó là khả năng chống nhiễu rất kém. Do môi trường đường dây điện có rất nhiều nhiễu xung và biến động biên độ, tín hiệu ASK rất dễ bị sai lệch, làm giảm độ tin cậy của hệ thống. Vì vậy, ASK thường chỉ phù hợp cho các ứng dụng đơn giản, khoảng cách ngắn và ít nhiễu.

4.2. Kỹ thuật điều chế FSK và lý do lựa chọn cho luận văn

Điều chế FSK (Frequency Shift Keying) thay đổi tần số của sóng mang để biểu diễn dữ liệu. Một tần số f1 được dùng cho bit '1' và một tần số f2 khác được dùng cho bit '0'. Phương pháp FSK có khả năng chống nhiễu biên độ tốt hơn nhiều so với ASK, vì thông tin được mã hóa trong sự thay đổi tần số chứ không phải biên độ. Đây là lý do chính mà nhiều đồ án tốt nghiệp điện tử viễn thông và luận văn, bao gồm cả tài liệu gốc, đã lựa chọn FSK cho việc thiết kế module thu phát. Mạch điều chế FSK có thể được thực hiện dễ dàng bằng các IC chuyên dụng như CD4046 (vòng khóa pha - PLL), giúp thiết kế trở nên đơn giản và ổn định.

4.3. Giới thiệu kỹ thuật trải phổ SS và điều chế OFDM tiên tiến

Đối với các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và độ tin cậy vượt trội, các kỹ thuật tiên tiến được sử dụng. Kỹ thuật trải phổ (Spread Spectrum - SS) hoạt động bằng cách trải tín hiệu trên một dải tần rất rộng, làm cho công suất tín hiệu tại mỗi tần số rất thấp, gần như chìm trong nhiễu nền, giúp tăng tính bảo mật và khả năng chống nhiễu. Điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng con tốc độ thấp, mỗi luồng được điều chế trên một sóng mang phụ trực giao. OFDM có khả năng chống lại nhiễu đa đường (multipath fading) rất tốt và được sử dụng rộng rãi trong các chuẩn PLC hiện đại như HomePlug AV.

V. Quy trình thiết kế mạch thu phát cho module PLC hoàn chỉnh

Từ lý thuyết đến thực tế, bước quan trọng nhất của một luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng là thiết kế mạch thu - phát hoàn chỉnh. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định rõ yêu cầu thiết kế: tốc độ dữ liệu, khoảng cách truyền, chi phí, và khả năng chống nhiễu. Sau đó, một sơ đồ khối tổng thể được xây dựng để phân chia hệ thống thành các module chức năng. Module phát thường bao gồm: khối vi điều khiển (như STM32 hoặc Arduino) để xử lý dữ liệu, khối điều chế (ví dụ, điều chế FSK), khối khuếch đại công suất và khối ghép nối ra lưới điện. Ngược lại, module thu bao gồm: khối ghép nối từ lưới điện, khối khuếch đại và lọc tín hiệu, khối giải điều chế, và khối vi điều khiển để tái tạo lại dữ liệu gốc. Việc thiết kế sơ đồ nguyên lý, lựa chọn linh kiện, vẽ mạch in (PCB) và lập trình firmware là những công đoạn cốt lõi, thể hiện năng lực kỹ thuật của người thực hiện.

5.1. Xây dựng sơ đồ khối tổng thể cho hệ thống thu phát PLC

Sơ đồ khối là bản thiết kế tổng quan, giúp hình dung toàn bộ hệ thống trước khi đi vào chi tiết. Đối với bộ thu phát tín hiệu PLC, sơ đồ khối của module phát sẽ bắt đầu từ giao diện nhận dữ liệu (ví dụ: UART từ máy tính), đi qua vi điều khiển để đóng gói dữ liệu, sau đó đến mạch điều chế FSK, rồi qua mạch khuếch đại công suất và cuối cùng là mạch ghép nối ra đường dây. Sơ đồ khối module thu sẽ có quy trình ngược lại: tín hiệu từ lưới điện qua mạch ghép nối đường dây, vào bộ lọc và khuếch đại, tới mạch giải điều chế FSK, và cuối cùng dữ liệu được xử lý bởi vi điều khiển và gửi ra giao diện UART. Sơ đồ khối rõ ràng giúp việc thiết kế và gỡ lỗi trở nên hệ thống và hiệu quả hơn.

5.2. Chi tiết sơ đồ nguyên lý và lưu đồ thuật toán module phát

Sơ đồ nguyên lý là bản vẽ chi tiết kết nối giữa các linh kiện. Trong module phát của luận văn, vi điều khiển là trung tâm, nhận dữ liệu và tạo ra tín hiệu số để điều khiển mạch điều chế FSK (sử dụng IC CD4046). Tín hiệu FSK sau đó được đưa qua các tầng khuếch đại (ví dụ, khuếch đại âm tần và khuếch đại công suất) để đạt đủ năng lượng trước khi được ghép vào lưới điện qua một biến áp cách ly hoặc tụ điện. Lưu đồ thuật toán cho firmware sẽ mô tả các bước: khởi tạo giao tiếp, chờ nhận dữ liệu, xử lý và mã hóa dữ liệu, sau đó phát từng bit bằng cách điều khiển tần số của bộ điều chế. Việc lập trình cẩn thận sẽ quyết định tính ổn định của transceiver.

5.3. Thiết kế module thu và mạch giải điều chế tín hiệu FSK

Module thu có nhiệm vụ phức tạp hơn vì phải hoạt động trong môi trường nhiễu nặng. Tín hiệu thu được từ lưới điện rất yếu và lẫn nhiều tạp âm. Do đó, tầng đầu tiên sau mạch ghép nối là một bộ khuếch đại và lọc thông dải để chọn lọc và khuếch đại đúng dải tần của tín hiệu FSK. Sau đó, tín hiệu được đưa vào mạch giải điều chế FSK, cũng thường sử dụng IC CD4046 hoạt động ở chế độ vòng khóa pha để phát hiện sự thay đổi tần số và tái tạo lại chuỗi bit 0 và 1 ban đầu. Dữ liệu số này sau đó được đưa vào vi điều khiển để kiểm tra lỗi, giải mã và hiển thị kết quả. Thiết kế tốt tầng lọc và khuếch đại là chìa khóa cho một module thu hoạt động tin cậy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tông quan về PLC Narrowband (High Peak Power) Spread Spectrum (Low Peak Power) f Hình 1.11 So sảnh truyền thông băng hẹp và truyền thông trải phổ Trong khu băng tân trải phỏ lả tương đối rộng, thi công suất đỉnh của tín hiểu lại rat thấp. đây chỉnh lả yêu cầu thử 2 đối với một tin hiệu được xem như lả trải phỏ. Hai đặc điểm nảy của trải phổ (sử dụng băng tàn số rộng và công suất rất tháp) làm cho bên nhận nhìn chúng giống như là một tin hiệu nhiều. Nhiễu cũng là tin hiệu băng rộng, công suất thấp nhưng sự khác biệt lä nhiều thường lả không mong muốn.

Hơn nữa, vì bộ nhận tin hiệu xem các tín hiệu trải phổ như là nhiễu, nên bên nhận sẽ không cổ gẵng. điều chế hay điển giải nó lảm cho việc truyền thông có tính bảo mật tốt Có ba kiểu lệ thông thông tin trải phỗ cơ bản: - Trai pho chudi true tiép (DS-Direct Sequence): Hé thong DS/SS đạt được trải phổ bằng cách nhân tin hiệu nguồn với một tín hiệu giả r nhiên. - Trai phổ nhảy tần (EH-Fequeney Hopping): Hè thống FH/SS đạt được trải pho bang cách nhảy tần số mang trên một tập (lớn) các tần số. Mẫu nhảy tản số có dạng giả ngẫu nhiền.

~ Trải phỗ nhảy thời gian (TH-Tìme Hopping): Hệ thông TH/SS, một khôi các bịt số liệu được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian. Môt mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nảo được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung, Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép tử các hệ thông nói trên. phần lớn các quan tâm vẻ hệ thông trải phỏ (SS) là các ứng dụng đa thâm nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một đô rông băng tân truyền dẫn. ở hé thong DS/SS nhiều người sử dụng củng đùng chung một băng tàn vả phát tín hiệu của họ đông thời ở các hệ thông FH/SS va TH/SS, mỗi người sử dụng được ân định một mã giả ngầu nhiên sao cho không cỏ cặp máy phát nào sử dụng cùng tân số hay cùng khe thời gian, từ đó các máy phát sẽ trảnh được xung đột.

Như vậy FH vả TH là các kiểu hệ thông, T Chwong 1: Téng quan vé PLC tránh xung đột, trong khi đó D8 là kiểu hệ thống lấy trung bình. Nhận xét: Với ứng đụng trong nhà, ta lụa chọn phương pháp mã hỏa FSE vì các lý do sau ~ Đon giản - Digu ché tan số it ảnh hưởng của nhiễu vả suy hao.7 Mật số vấn đã cần chủ ÿ trong truyền théng PLC NHiễu Mang điện được ra đời phục vụ cho mục đích truyền năng lượng, vái đặc điểm phụ tải thuởng xuyên thay đổi, các thiết bị điện đóng cắt, các trạm chuyển tiếp, do đó gây ra rất nhiều nhiễn cho quá trình truyền tải thông tín trên dây điện. Ngoài ra, khi tín hiệu thông tỉn cao tấn truyền trên đây điện, sẽ phát xạ sóng điện tà làm ảnh. hưởng tới cao hệ thông truyền thông khác: Phát thanh, truyền hình.

Say hao Khi truyền tín hiệu đi xa, tín hiệu sẽ bị suy giảm. Người ta lắp các bộ lặp lại trên đường truyễn để khắc phục hiện tượng suy giảm tin hiệu Phối hợp trở kháng Với hệ thống truyền thông tỉn, để có được công suất phát cực đại thì cần phải có được sự phối hợp trở kháng giữa kênh truyền và may thu - phát, nhưng mạng đường đầy điện lực chưa thích nghỉ được với vẫn để này vi trở kháng đâu vào (hay đầu ra) thay đổi theo thời gian đổi với tải và vị trí khác nhau. Một số trở kháng không phối hợp khác có thể xuất hiện trên đường đây điện lực (vi dụ: Do các hộp cáp không phối hợp trở kháng với cáp), và vì vậy suy giảm tín hiệu cảng lớn hơn Mạng I"LC tắc độ thắp (Lowspeed Powerline) Nhu đã nói trong phần trên, công nghệ (Lowspccd PLC) sử dụng đái tấn số hep 5-148.5 KIEz, tốc độ dưới 9.6 Khi, với ưn điểm là giá rẻ, thích hợp cho các ứng dụng gia đình. Các công nghệ chính: - X-10: (ra đời năm 1975 bải Pico Ilectronics ở Glenrothes - Scotland) 14 chudn quốc tế, mỏ, ứng dụng cho ngôi nhả tự động (home automation).

Si đụng phương, thức điều chế ASK. Dữ liệu được mã hoá với sóng mang 120KHz vả được truyền ở thời điểm đòng xoay chiếu đi qua điểm 9 (zero crossing) trên đường dây điện xoay chiêu S0 hoặc 6011z. Nhu vậy, mỗi bit được tmyền tới một điểm (ero crossing), một xung vuông sóng mang dai Ims tằn số 120EHz tương ứng với bít 1, sự vắng, mặt của sóng mang tương ứng với bịt 0. Người ta xác định các thiết bị kết nổi vào Chương 1: Tông quan về PLC dây điện bằng 16 mã của ngôi nhả (tử A tới P) và 16 mã đơn vị (1 tới 16), do vậy cỏ tối đa 256 thiết bị cỏ thể kết nối vào 1 dây.

Ưu điểm: giả thánh rẻ, đễ làm. điểm: chậm, kém tin cậy, kém linh đông, - INSTEON: Sảng chè bởi phòng thí nghiệm, ứng dụng cho ngôi nhà thông minh: điều khiển đèn từ xa, điều khiến truy nhập. Insteon là một mạng lưới kép (dual-mesh network) nghĩa là các thiết bị theo chuẩn nảy có thể sử dụng ở mạng, PLC hoặc RF hoặc cả hai, câu trúc mạng đến mang (peer-to-peer). Doi với mang PLC, Insteon hoạt đông 6 tan s6 131,65KHz, diéu chế BPSK, với mạng RE, tân số 904 MHz, điều chế FSK.

Tốc độ tức thời 13,165 bÏt/s, duy trì 2,880 bis. Số lượng thiết bị không hạn chế. Ưu điểm: tương thích với X10, tốc độ nhanh hơn X10, tin cây, có cơ chế sửa lỗi, an toàn dữ liệu. Nhược điểm: thiết bị phức tạp - UPB: (Universal Powerline Bus) sang chế năm 1999 bởi PCS (Powerline Controle Systems) Northridge, California, 14 chuan công nghiệp cho giao tiếp các thiết bị trong nhà.

Tín hiệu UPB là một chuỗi các xung ghộp vào đâu mỗi nửa chu kì của tín hiệu AC, các bộ thu UPB sẽ dé đảng phát hiện vả phân tích các xung nảy. Các xung điện áp là 40 V, phổ tấn số trong khoảng 4-40KHZ Mỗi xung mã hóa được 2 bịt đến tốc độ baud: 240 bit/s (ở tần số 60Hz). Ưu điểm: Tốc độ và độ tin cây cao hơn so với X10. Nhược điểm: thiết bị phức tap.

- LonWorks: Phat trién nam 1988 bởi công ty Echelon - Caliomia, ứng dựng chủ yếu cho tự động hỏa tòa nhả, xỉ nghiệp. Mô hình mạng: peer-to-peer, phương thức. truy nhập CSMA (Camier Sense Multiple Access). Lonworks sứ dụng phương thức ma hoa BPSK, tan s6 125-140 kHz ứng dụng chủ yếu trong thương mại vả công nghiệp.

tru điểm: Tin cây, nhanh và linh động. Nhược điểm: phức tạp vả giá thảnh cao. - Intellon: Phat trién nam 1989 bởi Intellon, Ocala, Florida. Tốc độ truyền thông, tin theo (Intellon) lén téi hang tram Mbps.

Phuong pháp điều chẻ OEDM (phân chia tan so truc giao) trong dai tan tir 4.SMHz téi 21MHz. Sau nay Intellon phat trién lén thành chuan HomePlug 1.0 tir chuan INTS200. Moi théng tin vẻ Intellon hiện nay không còn phổ biển nữa, bây giờ tất cả đều chuẩn hóa thành chuẩn HomePlug.0): Phat trién boi HomePlug Powerline Alliance, cong nghé hién nay lả công nghé Homeplug AV tốc độ truyền kênh truyền lên 200Mbps và 150Mbps tỏe độ thông tin trên toàn bộ các kênh. Công nghé HomePlug 1.0 phi hợp với các ứng dụng tốc độ thấp, tốc độ lý thuyết 14Mbps.0 cỏ thể 4 Chương 1: Tông quan về PLC phục vụ trên các đường lưới điện 50 - 60Hz, kết hợp hai kỹ thuật truyền sử chữa lỗi FEC (Forward Error Correction) va ti lam lai theo yéu cdu ARQ (Automatic Repeat Request).0 str dung diéu ché OFDM.

OFDM trong HP 1. 84 sóng mang con bằng nhau trong bang tan tir 4.5 MHz den 21 MHz. Các kĩ thuật DBPSK, DQPSK được dùng để không cản phải thực hiện quá trình equalization (cân bằng tân số) nữa.0 cho phép chọn DBPSK 1⁄2, DQPSK 1/2, và DQPSK-. 3/4 trên sóng mang.

Một số linh kiện sử dụng trong mạng PLC tốc đô thấp: Sản pham Nha san xuat Tốc độ | Giao tiếp. (Kbps) SIG40 ittp: //www.6 | UART, LIN electronics.com ISL40 http://www.6 | UART, LIN electronics.com QDC10 http://www.yama- 10 | SSI electronics.com QDCANI0 http://www.yama- 10 | CAN electronics.com MI6C/6S http://www.2: Một số linh kiện Lowspeed PLC 1.2 Cấu trúc hệ thống PLC 1.1 Cầu trúc hệ thống Buackbane telecommmurications SLEEPING = ratwrerk, F. LJ Tranglomer unt Lowevoltags pawer supply network Highimedium- ‘vohage power siqiply nennark Hình 1.12 Cu trúc một mạng truy nhập PLC pi Chương 1: Téng quan vé PLC Cầu trúc mang truy nhập PLC dựa trên mạng lưới truyền tải vả cung cấp điện ha thé (lưới ha thể kết nói với lưới điện trung thể và cao thể thông qua các máy biển áp, nhữ Hình 1. Mạng truy nhập PLC kết nổi với mang diện rông WAN thông qua các trạm gốc đặt tại vị trí các máy biển thể.

Các thuê bao PLC kết nỗi với các trạm gốc thông qua cac modem PLC đặt tại vi tri các công tơ đo đêm điện (sử dụng các công nghệ truy nhập khác kết nói tới các modem này như D8L hay WLAN) hoặc các ö cắm điện trong nhả Mạng truy nhập PLC dựa trên mạng lưới truyền tải và cung cấp điện ha thê (lưới hạ thể kết nỗi với lưới điện trung thế vả cao thể thông qua các máy biến áp). Mang truy nhập PLC kết nỏi với mạng điện rộng (WAN) thông qua các trạm gốc đặt tại vi tri cdc may bien thé. Các thuê bao PLC kết nổi với các trạm gốc thông qua modem PLC dat tai vi trí công tơ đo đêm điện (sử dụng các công nghệ truy nhập khác kết nổi tới các modem nảy như DSL hay WLAN) hoặc qua ô cắm điện trong nhả.13 Cấu trúc mạng PLC trong nhà Mạng PLC trong nhà sử dụng điện trong nhà làm phương tiên truyền dẫn (Hình 1.13), để kết nổi các thiết bị sử dụng trong nhà như máy tính, điện thoại, máy in và thiết bị video gọi là hệ thống mạng lan PLC. Như vậy đã trảnh được việc lắp đặt các mạng cáp mới tốn kém chỉ phí.

Vẻ cẩu trúc, mạng PLC trong nhà không khác nhiều so với câu trúc mạng truy nhập PLC sứ dụng lưới điện hạ thẻ. Trong câu trúc nảy, có một trạm gỏc PLC (BS) dat tại vị trí công tơ điện đề kết nối với mạng lõi chỉnh PLC. Các thiết bi trong nha ket noi véi tram goc thong qua cac modem PLC at tai cac 6 cam dién. Mang PLC trong nha khong chi co the ket noi den tam truy Chwong 1: Téng quan vé PLC nhập sử đụng công nghệ PLC mà còn có thể kết nối đến gác mạng truy nhập khác.23 Các phdn tit mang PLC 1.