Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC

2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC

Tải bản đầy đủ - 0trang

Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

và tín hiệu tần số lớn không có khả năng phân phối qua trạm

biến áp. Thông tin đờng dây điện có tiềm năng lớn trong các

ứng dụng thông tin băng rộng và có thể đợc xem là lựa chọn

kinh tế so với truyền dẫn thông tin băng rộng bằng cáp sợi

quang và vệ tinh. Với kỹ thuật điều chế hiện đại nh kỹ thuật

trải phổ và kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực

giao OFDM có thể khắc phục và hạn chế đợc vấn đề nhiễu,

tạp âm, đa đờng và cải thiện tỉ lệ lỗi bit là những khó

khăn chủ yếu của vấn đề truyền thông trên đờng dây

điện. Vì vậy, trong tơng lai không xa, đờng dây điện

hoàn toàn có thể trở thành một phơng tiện truyền dẫn hiệu

quả và tin cậy.



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:



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

- 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 ¸p vµ sơt ¸p. NhiƠu hµi cã thĨ lµ ngn 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



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

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



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

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

Z=



R + j L

G + j C



ở tần số hoạt động của hệ thống PLC, Z =



L

, trong đó L

C



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 rÊt khã. Ngêi thiÕt kÕ hƯ thèng PLC ph¶i thiÕt kế



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

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 sù trun dÉn tÝn hiƯu

®a ®êng víi pha dinh lùa 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.



6.2.3 Hệ thống PLC

Dòng bit vào đợc mã hoá và đóng gói vào các khung. Tiếp

đó dòng bit đợc chia thành các luồng con để điều chế vào

các sóng mang. Mỗi sóng mang con đều dùng các sơ đồ

điều chế nh QPSK, BPSK, QAM. Các luồng này đợc biến đổi

IFFT. Dải bảo vệ đợc chèn vào đầu mỗi ký tự để giảm ISI. Các

ký tự rời rạc đợc lọc và chuyển sang tín hiệu tơng tự với tần

số trung tâm f0 và đợc đổi tần lên tần số phù hợp để đa tới

đờng truyền. ở phía thu, quá trình đợc thực hiện ngợc lại :

Tín hiệu đợc chuyển xuống tần số fo, sau đó đến tầng lọc

và biến đổi ADC. Sau khi loại bỏ dải bảo vệ, tín hiệu rời rạc



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 3 ứng dụng của OFDM

đợc chuyển sang miền tần số bởi biến đổi Fourier FFT. Cuối

cùng việc xác định ký tự và giải mã đợc thực hiện.

Data in

Mã hóa



Nối tiếp

sang

song song



Điều chế

QAM



IFFT

và chèn

GI



Song song

sang

nối tiếp



DAC

Lọc

RF

Đờng truyền

Power Line



Data out

Giải mã

và giải

cài xen



Song song

sang

nối tiếp



Giải điều

chế QAM



FFT

và loại bỏ

GI



Nối tiếp

sang

song song



RF

Lọc

ADC



Hình 6-6 Sơ đồ ®iỊu chÕ OFDM cho PLC

ý tëng cđa c«ng nghƯ PLC là ghép tín hiệu số liệu có tần

số cao vào đờng dây tải điện có tín hiệu cơ bản là 50/60

Hz để truyền đi, và ở phía thu sẽ tách tín hiệu số liệu tần

cao ra khỏi tín hiệu điện 50/60 Hz, ®a ®Õn khèi xư lý tÝn

hiƯu. ViƯc ghÐp tín hiệu là một khía cạnh quan trọng của

công nghệ PLC. Tín hiệu thông tin cần truyền phải nằm

trong dải tần cao hơn nhiều tần số dòng điện chính và các

hài của nó. Đồng thời, tín hiệu phải có công suất đủ lớn để

đa vào đờng dây tải điện. Một biến áp có đặc tính thông

cao có thể đợc dùng để ghép tín hiệu vào dòng điện

chính. Bộ lọc thông cao đảm bảo dòng điện chính và các

hài của nó đợc cách ly khỏi modem.



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52



Phần 4 KÕt ln



KÕt ln

Kü tht ®iỊu chÕ ®a sãng mang ®ang phát triển hết

sức nhanh chóng với những kỹ thuật mới và đợc áp dụng rộng

rãi trong nhiều loại đờng truyền cđa c¸c øng dơng kh¸c nhau.

C¸c tiÕn bé trong xư lý tín hiệu số kết hợp với khả năng xử lý

mạnh của các DSP là nền tảng vững chắc cho sự phát triển

của các hệ thống đa sóng mang. Kỹ thuật điều chế đa sóng

mang mặc dù còn khá mới mẻ, nhng với những u điểm nổi bật

của mình đang dần chiếm u thế so với kỹ thuật điều chế

đơn sóng mang trong các hệ thống truyền dẫn. Đặc biệt có

một số hệ thống là lĩnh vực áp dụng riêng của OFDM nh mạng

đơn tần (SFN). Dới đây là một số u nhợc điểm của điều

chế đa sóng mang OFDM so với điều chế đơn sóng mang:

Đơn sóng



Đa sóng



Tơng đ-



mang



mang



ơng



OFDM

Đặc tính với AWGN

Nhạy với nhiễu xung

Nhạy với nhiễu băng

hẹp

Nhạy với Clipping

Nhạy với jitter và

nhiễu pha

Nhạy với trễ

Khối lợng tính toán

Giá thành và tiêu thụ

năng lợng

Thích ứng với tốc độ

bit



X

X

X

X

X

X

X

X

X



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52



Phần 4 Kết luận



So sánh giữa điều chế đơn sóng mang và đa sóng mang

Kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM với những đặc

tính kỹ thuật nổi bật của mình: Tính trực giao đã đợc

khẳng định chắc chắn về hiệu quả của nó trong lý thuyết

truyền tin; Khoảng bảo vệ cho phép đảm bảo tính trực giao

đồng thời giúp loại bỏ đợc nhiễu ISI; Phép biến đổi Fourier

tạo ra giải pháp đơn giản và hiệu quả để thực hiện kỹ thuật

này, đã giúp cho OFDM có thể ®ỵc øng dơng réng r·i. Cïng víi

viƯc sư dơng hiƯu quả những kỹ thuật đồng bộ, cân bằng

và mã hóa, OFDM đã chứng tỏ vai trò của mình trong các hệ

thống viễn thông nh là một kỹ thuật điều chế tiên tiến. Các

ứng dụng của kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM rất

đa dạng: OFDM có thể đợc dùng trong môi trờng truyền dẫn

vô tuyến và hữu tuyến; có thể dùng cho thông tin quảng bá,

thông tin điểm nối ®iĨm, ®a truy nhËp, nhiỊu ngêi sư dơng

Multiuser. HiƯn nay OFDM đã đợc ứng dụng thành công trong

một số ứng dụng nh phát thanh truyền hình số quảng bá,

mạng cục bộ không dây, đờng dây thuê bao số không đối

xứng và thông tin qua đờng dây tải điện. Trong tơng lai,

OFDM sẽ đợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong

thông tin di động.

Do hạn chế về thời gian và năng lực nên nội dung của đồ

án tốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót, em mong

đợc thầy cô và các bạn quan tâm góp ý thêm.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Kiều Tất

Thành đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ để em có thể hoàn

thành đồ án tốt nghiệp này.



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52



Phần 4 Kết luận



Em cũng xin gởi lời cảm ơn tới toàn thể các thày cô giáo

trong khoa Điện tử - Viễn thông đại học Bách Khoa Hà Nội và

bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và rèn luyện

vừa qua.



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52



Phần 4 Kết luận



Một số thuật ngữ dùng

trong đồ án

ADC



Analog to Digital



Bộ chuyển đổi tơng tự -



ADSL



Conversion

Asymmetric Digital



số

Dây thuê bao số không



AM



Suscriber Line

Amplitude Modulation



đối xứng

Điều chế khóa dịch biên



AMI

APP

ASK

ATM



Alternate Mark Inversion

A Posteriory Probability

Amplitude Shift Keying

Asynchronous Transfer



độ

Mã đảo dấu luân phiên

Xác suất sau

Điều chế khóa dịch pha

Phơng thức truyền dẫn



ATSC



Mode

Advanced Television



không đồng bé

Tỉ chøc chn hãa



AWGN



Systems Committee

Additive White Gaussian



trun h×nh cđa Mü

NhiƠu tạp âm Gauss



BER

BnZS



Noise

Bit Error Ratio

Bipolar with n-Zero



trắng cộng

Tỉ lệ lỗi bit

Mã đờng dây



BPSK



Substitution

Bipolar Phase Shift



Khoá dịch pha hai cực



CAP



Keying

Carrierless Aplitude



Điều chế biên độ pha



Phase modulation



không sử dụng sóng



Coded Mark Inversion

Coded OFDM



mang

Mã đờng dây

Điều chế OFDM có mã



Cyclic Redundancy



hóa

Phơng pháp phát hiện lỗi



Checking



d thừa vòng



CMI

COFDM

CRC



Bài tập lớn-Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52



Phần 4 Kết luận



CSMA/



Carrier Sence Multiple



Đa truy nhập dùng sóng



CA



Access with Collision



mang cảm biến với tránh



CSMA/



Avoidance

Carrier Sence Multiple



xung đột

Đa truy nhập dùng sóng



CD



Access with Collision



mang cảm biến với phát



DAB



Detection

Digital Audio



hiện xung đột

Phát thanh số quảng bá



DAC



Broadcasting

Digital to Analog



Bộ biến đổi số-tơng tự



DFC



Conversion

Distributed Coordinate



Chức năng điều phối



DMT

DSB

DSL

DSLAM



Function

Discrete Multi-Tone

Double Side Band

Digital Subscriber Line

DSL Access Module



phân tán

Điều chế đa âm rời rạc

Song biên

Đờng dây thuê bao sè

Khèi ghÐp kªnh truy



DSP

DVB



Digital Signal Processor

Digital Video



nhËp DSL

Bé xư lý tín hiệu số

Truyền hình số quảng



DVB-T



Broadcasting

Digital Video





Truyền hình số quảng



EC

ETSI



Broadcasting Teresstrial

Echo Canceller

European



bá mặt đất

Thiết bị khử tiếng vọng

Viện tiêu chuẩn viễn



Telecommunications



thông Châu Âu



FDD



Standard Institute

Frequency Division



Song công phân chia



FDDI



Duplex

Fiber Distributed Data



theo tần số

Chuẩn cho mạng cáp



FDM



Interface

Frequency Division



quang

Ghép kênh phân chia



FEC

FEXT

FFT



Modullation

Forward Error Checking

Far End Crosstalk

Fast Fourier Transform



theo tần số

Sửa lỗi trớc

Xuyên âm ®Çu xa

BiÕn ®ỉi Fourier nhanh



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Truyền thông qua đường dây tải điện PLC

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×