Nghiên cứu các đặc tính kênh truyền tốc độ cao và sự truyền dẫn thông tin đa sóng mang trên mạng điện lực : Luận văn ThS. Kỹ thuật điển tử - viễn thông: 2 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trịnh Ngọc Khoa

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN TỐC ĐỘ CAO VÀ
SỰ TRUYỀN DẪN THÔNG TIN ĐA SÓNG MANG TRÊN MẠNG
ĐIỆN LỰC

Ngành:

Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông

Chyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thụng tin liờn lạc
Mã số:

2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỚI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. HỒ VĂN SUNG

Hà Nội - 2005


1

Mục lục
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... 3
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................................... 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................... 5
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 11
Chương 1: MẠNG ĐIỆN LỰC VÀ CÁC ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN TỐC ĐỘ
CAO.................................................................................................................................. 14
1.1.
Một số hệ thống tiêu chuẩn quốc tế .................................................................. 14
1.2. Mạng điện lực và ứng dụng trong truyền thông..................................................... 14
1.3. Các đặc tính của mạng điện lực. ............................................................................ 18
1.3.1. Nhiễu trên đường dây điện lực........................................................................ 18
1.3.2. Hàm truyền của một mạng PLC trong dải access ........................................... 22
1.3.3. Hàm truyền của mạng PLC trong dải indoor .................................................. 28
1.4. Kết luận .................................................................................................................. 30
Chương 2: KHẢO SÁT MẠNG ĐIỆN LỰC TRONG DẢI TẦN TỪ 0.1MHz ĐẾN
30MHz .............................................................................................................................. 32
2.1. Trình bày về giao diện. .......................................................................................... 32
2.1.1. Đặc tính của giao diện..................................................................................... 33
2.1.2. Biến thế cao tần............................................................................................... 37
2.2. Nghiên cứu lý thuyết và thực hiện thực tế. ............................................................ 40
2.2.1. Nghiên cứu lý thuyết. ...................................................................................... 40
2.2.2. So sánh các kết quả thực nghiệm và lý thuyết. ............................................... 44
2.3. Các phép đo nhiễu và đáp ứng tần số trong mạng điện lực trong môi trường công
nghiệp ........................................................................................................................... 44
2.3.1. Các loại nhiễu đo được trên mạng điện lực .................................................... 44
2.3.2. Đo hàm truyền của mạng điện lực trong các cấu hình khác nhau .................. 51
2.4. Dung lượng kênh truyền ........................................................................................ 62
2.5. Tổng hợp kết quả ................................................................................................... 65
2.6. Tiến hành thử nghiệm với modem PLC IOGEAR GHPU01 ................................. 71
2.7. Kết luận .................................................................................................................. 73
Chương 3: HỆ THỐNG THU PHÁT VÀ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ. ............... 74
3.1. Sơ đồ nguyên lý một hệ thống truyền dẫn số......................................................... 74

3.1.1. Mã hoá: ........................................................................................................... 75
3.1.2. Các kỹ thuật điều chế số (Mã hoá Symbol(biểu tượng) + điều chế ) ............. 76
3.2. Ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu đa sóng mang......................................... 77
3.2.1. Ví dụ về một kênh truyền điển hình................................................................ 79
3.3. Kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM/DMT ..................................................... 80
3.3.1. Nguyên lý OFDM/DMT ................................................................................. 81
3.3.2: Các tính chất của DFT .................................................................................... 82
Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


2
3.3.3. Các giao thoa có mặt trong OFDM/DMT, thời gian bảo vệ và sự cân bằng. . 83
Chương 4: CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN ĐA SÓNG MANG OQAM .............. 88
4.1. Giới thiệu ............................................................................................................... 88
4.2. Các chức năng của hệ thống .................................................................................. 88
4.3. Dải tần của tín hiệu đa sóng mang OQAM ............................................................ 89
4.4. Phần phát và thu của một hệ thống đa sóng mang OQAM.................................... 91
4.5. Nguyên lý dàn lọc số.............................................................................................. 93
4.6. Dàn lọc đa pha và DFT .......................................................................................... 94
4.6. 1. Tính toán mạch lọc nguyên gốc ..................................................................... 96
4.6.2. Các hệ số và sự thực hiện................................................................................ 99
4.6.3. Các mạch lọc giao thoa. ................................................................................ 101
4.7. Kết luận : .............................................................................................................. 105
Chương 5: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .................................................................. 106
5.1. Mô phỏng hệ thống OFDM.................................................................................. 106
5.2. Mô phỏng kỹ thuật điều chế OQAM ................................................................... 111
5.2.1. Kết quả mô phỏng ......................................................................................... 113
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 117

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .................................................. 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 119
PHỤ LỤC A: BIẾN THẾ CAO TẦN .......................................................................... 121
PHỤ LỤC B: BẢNG CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ ........................................................... 122

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


3

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ADSL: Asymmetric digital subscriber-lines
BER: Bit error ratio
DMT : Discrete multitone
DFT : Discrete Fourier transform
FFT : Fast Fourier transform
ICI: interchannel interference
IFFT : Inverse fast Fourier transform
ISI: Intersymbol interference
ISO: International standard organization
PLC: Powerline communication
OFDM: Orthogonal frequency division multiplexing
OQAM: Orthogonal quadrature amplitude modulation
SNR: Signal to noise ratio

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học

4

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Các giá trị a,b,c xác định mức độ nhiễu trong trường hợp tốt nhất và xấu
nhất
Bảng 2: Dải tần giành cho PLC
Bảng 3: Dung lượng kênh tổng cộng của mạng điện lực (100KHz đến 30MHz)
Bảng 4: Dung lượng 84 kênh trong dải in-house (15MHz đến 27MHz)

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Mạng PLC
Hình 1.2: Sự chia cắt giữa access và in-door
Hình 1.3: Mạng PLC đề suất
Hình 1.4: Các loại nhiễu trong mạng điện lực
Hình 1.5: Nhiễu đo được trên mạng điện lực ở tần số 1MHz đến 10MHz
Hình 1.6: Ồn xung trong miền thời gian và tần số
Hình 1.7: Cấu hình tiêu biểu của một mạng điện ở châu Âu
Hình 1.8: Sơ đồ tương đương của một dây dẫn điện không có tải chiều dài dz
Hình 1.9: Đường cong suy giảm trên 1km vủa một cáp điện lực đa đường
Hình 1.10: Hàm truyền sóng

Hình 1.11: Ví dụ về mạng
Hình 1.12: Mô phỏng hàm truyền của kênh PLC dài 1km ở dải tần 1MHz đến
30MHz rẽ nhánh 15m
Hình 1.13: Kết quả đo tín hiệu thu được và các nhiễu loạn của một đường dây dài
300m hình a và 1000m hình b
Hình 1.14: Hàm truyền của mạng PLC trong môi trường và trên các khoảng cách
khác nhau (Đặc trưng A) và với các trở kháng của tải khác nhau (Đặc trưng B)
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống truyền dẫn PLC
Hình 2.2: Ví dụ về giao diện
Hình 2.3: Nguyên lý đo và các giá trị đo trở kháng của một bộ nạp ácquy với
chiều dài dây nguồn khác nhau.
Hình 2.4: Ví dụ về giá trị trở kháng theo tần số

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


6

Hình 2.5: Biến thế cao tần.
Hình 2.6: Sơ đồ tương đương của một biến thế cao tần
Hình 2.7: Đáp ứng tần số tiêu biểu của biến thế cao tần ở các nhiệt độ khác nhau.
Hình 2.8: Sơ đồ mắc và sơ đồ tương đương không có cầu điện trở
Hình 2.9: Đáp ứng tần số lý thuyết và đo được của giao diện không có cầu điện
trở trong dải 1MHz dến 30MHz.
Hình 2.10: Sơ đồ mắc và sơ đồ tương đương của giao diện N-Sine
Hình 2.11: Đáp ứng tần số lý thuyết và đo được của giao diện N-Sine
Hình 2.12: Nguyên lý đo nhiễu trên mạng điện lực
Hình 2.13-a: Ồn nền trên mạng PLC

Hình 2.13-b: Nhiễu của một modem PLC hoạt động trong dải CENELEC
Hình 2.13-c: Nhiễu của đèn halogen có độ sáng cực tiểu
Hình 2.13-d: Nhiễu của đèn halogen có độ sáng trung bình
Hình 2.13-e: Nhiễu của đèn halogen có độ sáng cực đại
Hình 2.13-f : Ồn nền trong khi phòng thí nghiệm hoạt động bình thường
Hình 2.13-g: Nhiễu trên mạng điện lực với một máy tính đang hoạt động
Hình 2.13-h : Nhiễu thu được do các đài phát radio khi ta mở rộng dải tần
Hình 2.13-i: Nhiễu xung xuất hiện khi ta bật tắt đèn halogen
Hình 2.14: Sơ đồ phòng thí nghiệm của Trung tâm nghiên cứu Điện tử & Viễn
thông
Hình 2.15:Sơ đồ đo hàm truyền giữa hai ổ cắm.
Hình 2.16: Đáp ứng của kênh đối với một tín hiệu cao tần
Hình 2.17: Hàm truyền của một cáp dài 50m tải trở kháng có giá trị khác nhau

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


7

Hình 2.18-a: Biên độ hàm truyền giữa ổ cắm 1 và các ổ cắm 2,3,4
Hình 2.18-b: Pha của hàm truyền giữa các ổ cắm 1 và các ổ cắm 2,3,4.
Hình 2.18-c: Đáp ứng xung của đường truyền trên cùng một pha.
Hình 2.18-d: Biên độ hàm truyền giữa ổ cắm 1 và ổ cắm 4 lúc 7h,10h ,15h và 19h.
Hình 2.18-e: Pha của hàm truyền giữa ổ cắm 1 và ổ cắm 4 vào lúc 7h, 10h, 15h và
19h
Hình 2.18-f: Hàm truyền giữa ổ cắm 1 và ổ cắm 5 (khác pha điện).
Hình 2.18-g: Pha của hàm truyền giữa ổ cắm 1 và ổ cắm 5 (khác pha điện).
Hình 2.18-h: Đáp ứng xung của đường truyền giữa ổ cắm 1 và ổ cắm 5

(giữa hai pha điện khác nhau).
Hình 2.18-i: Hàm truyền của đường truyền ở các khoảng cách khác nhau
không có rẽ nhánh.
Hình 2.18-k: Đáp ứng xung của đường truyền ở khoảng cách 20m
không có rẽ nhánh.
Hình 2.18-m: Đáp ứng xung của đường truyền ở khoảng cách 90m
không có rẽ nhánh.
Hình 2.18-n: Hàm truyền của đường truyền ở khoảng cách 90m
lần lượt rẽ nhánh.
Hình 2.18-o: Đáp ứng xung của đường truyền ở khoảng cách 90m
có rẽ một nhánh.
Hình 2.18-p: Đáp ứng xung của đường truyền ở khoảng cách 90m
có rẽ 9 nhánh
Hình 2.19: Dung lượng cực đại và cực tiểu của một kênh PLC với nhiễu trắng

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


8

Hình 2.20: Dung lượng lý thuyết của kênh PLC trong dải indoor với khoảng cách
60m giữa máy phát và máy thu với công suất phát trên kênh khác nhau
Hình 2.21: Mật độ phổ công suất xác định trong ETSI
Hình 2.22: Sự phân cách giữa dải access và indoor được xác định bởi đề án của
chuẩn CENELEC tháng 4 năm 2001
Hình 2.23: Sơ đồ kết nối giữa hai máy tính qua mạng điện lực và modem PLC
Hình 2.24: Hình ảnh màn hình của một máy tính khi đang truy cập vào máy tính
le1

Hình 2.25: Một máy tính đang chạy chương trình multimedia trực tiếp trên một
máy tính khác
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống truyền thông số
Hình 3.2: Chòm sao và dạng sóng của điều chế số
Hình 3.3: Tín hiệu lối ra của kênh truyền
Hình 3.4: Khai triển một kênh truyền thành nhiều kênh con
Hình 3.5: Các lối ra của N kênh con song song và độc lập với nhau trong sự
truyền dẫn đa sóng mang
Hình 3.6: Ví dụ hàm truyền của một kênh truyền tiêu biểu.
Hình 3.7: Nguyên tắc cấp bít theo biểu tượng trong điều chế đa sóng mang
Hình 3.8: Sơ đồ nghuyên lý điều chế OFDM
Hình 3.9: Chức năng lọc của DFT.
Hình 3.10: Các sóng mang OFDM thu được khi không có sự cân bằng về pha
Hình 3.11: Ví dụ về sự giao thoa intrasymbol
Hình 3.12: Sự phát OFDM không có khoảng thời gian bảo vệ
Hình 3.13: Phát OFDM có thời gian bảo vệ

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


9

Hình 3.14: Quá trình chuyển từ miền tần số sang miền thời gian và ngược lại
với sự có mặt của thời gian bảo vệ
Hình 4.1: Đầu cuối của một hệ thống đa sóng mang OQAM
Hình 4.2: Dải tần tín hiệu đa sóng mang OQAM
Hình 4.3: Máy phát tín hiệu đa sóng mang OQAM
Hình 4.4: Máy thu của hệ thống đa sóng mang OQAM

Hình 4.5: Sự chồng phổ giữa hai kênh liên tiếp
Hình 4.6: Nguyên lý truyền dẫn đa sóng mang bằng dàn lọc
Hình 4.7: Dàn lọc đa pha ở máy thu
Hình 4.8: Mạch lọc nguyên gốc lý thuyết.
Hình 4.9: Dàn lọc đa pha thu và phát
Hình 4.10: Hàm giao thoa lý thuyết
Hình 4.11: Nguyên lý điều chế OQAM
Hình 5.1: Kết quả mô phỏng OFDM với bộ fft 1024 điểm, số sóng mang là 256
BER=0.00376 %: Số bít lỗi =6
Hình 5.2: Kết quả mô phỏng OFDM với fft 512 điểm, 128 sóng mang,
BER=0.00251 %
Số bít lỗi =4
Hình 5.3: Kết quả mô phỏng OFDM với fft 256 điểm và số sóng mang là 64
BER=0.0182 % Số bít lỗi=29
Hình 5.4: Kết quả mô phỏng QAM 16 điểm BER=22.7 % Số bít lỗi =36229
Hình 5.5: Sơ đồ cơ bản hệ thống OQAM băng cơ sở: Điều chế (ở trên ) và giải
điều chế (ở dưới ).

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


10

Hình 5.6: Kết quả mô phỏng OQAM với FFT 1024 điểm, số sóng mang 256,
BER=0.00285 %, số bít lỗi =1
Hình 5.7: Kết quả mô phỏng OQAM FFT 512 điểm, số sóng mang 128,
BER=0.00856 %, số bít lỗi =3
Hình 5.8: Kết quả mô phỏng OQAM FFT 256 điểm, số sóng mang 64,

BER=0.0514 %, số bít lỗi =18

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


11

MỞ ĐẦU
Ngày nay nhưu cầu thông tin liên lạc của con người ngày càng cao dẫn đến sự quá
tải của các mạng truyền thông hiện tại cả mạng hữu tuyến và vô tuyến đòi hỏi phải
xây dựng thêm các mạng mới, nhưng công việc này tỏ ra rất tốn kém. Từ những
yêu cầu trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng truyền dẫn thông tin của
mạng điện lực nhằm tạo ra một mạng thông tin mới góp phần giảm sự quá tải của
các mạng hiện tại với chi phí thấp.Việc áp dụng mạng điện lực vào truyền thông
có những lợi ích sau
Kinh tế: Vì mạng điện lực là mạng sẵn có, có cơ sở hạ tầng ở mọi nơi,
mạng điện lực cho phép truyền tín hiệu mà không cần phải thay đổi hay bổ
xung thêm bất kỳ một cơ sở hạ tầng nào. Ngoài ra nếu sử dụng mạng điện
lực để truyền tin cho phép các nhà kinh doanh điện lực khai thác một thị
trường mới và mở rộng phạm vi phục vụ của họ.
Thực tế: PLC cho khả năng truy cập internet, telephone, truyền dữ liệu qua
mạng điện lực hoặc có thể dùng mạng điện lực theo dõi hoạt động của các
máy móc thiết bị của xí nghiệp, công cộng cũng như của gia đình qua một
trung tâm điều khiển hoặc một trung tâm phục vụ. Trong một gia đình PLC
cho phép lắp đặt sử dụng điện thoại, máy tính … ở bất kì chỗ nào trong nhà
chỉ cần có một ổ cắm điện mà không cần phải kéo thêm dây dẫn.
Chính vì những lợi ích thiết thực như vậy mà PLC được quan tâm rất nhiều ở các
nước phát triển. Hằng năm có rất nhiều hội nghị về PLC trên khắp thế giới như hội

nghị ISPLC được tổ chức hằng năm trên thế giới là nơi để các nhà khoa học trên
khắp thế giới công bố những công trình nghiên cứu của mình về PLC.
Các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào PLC với tốc độ thấp khoảng vài kilo
bit trên một giây và ở dải tần số thấp (3kHz đến 148,5kHz).

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


12

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu PLC với tốc độ cao hơn, vấn đề này đang
được nghiên cứu rất nhiều ở châu Âu. Dải phổ dự kiến để truyền dữ liệu tốc độ
cao là từ 1MHZ đến 30MHz và được chia thành hai dải con
Dải 1,6MHz đến 12,7 MHz dùng cho mạng ngoài trời (access)
Dải từ 14,35 MHz đến 30MHz dùng cho mạng trong nhà (indoor)
Trong đề tài này chúng tôi đã nghiên cứu modem tốc độ cao, các quá trình truyền
dẫn và thử các modem đã có trên thị trường. Các hệ thống thử và kiểm tra cho
phép mô phỏng các ồn, nhiễu cũng như độ suy hao tín hiệu để đánh giá độ nhạy
của modem theo cấu hình khác nhau để hiểu biết và làm chủ công nghệ mới.
Các kỹ thuật đa sóng mang được sử dụng trên PLC là OFDM/DMT. Kỹ thuật này
dùng phương pháp truyền dữ liệu theo khối, mỗi khối phân cách nhau bởi một
khoảng bảo vệ (Guard time) kỹ thuật này chia băng tần được phép truyền thành
nhiều dải con, mỗi một dải có một symbol hoặc không có tuỳ theo tỷ số tín hiệu
trên tạp âm. Bộ phận then chốt của kỹ thuật này là bộ biến đổi Fourrier nhanh
(FFT).
Các công việc được tiến hành trong đề tài là nghiên cứu khảo sát mạng điện lực
trong dải tần dự kiến và phục vụ cho việc truyền thông tin đa sóng mang tốc độ
cao. Đầu tiên là thiết kế các giao diện ghép nối giữa máy đo, modem với mạng

điện lực để đo đạc đánh giá và khảo sát và xác định các tác động nhiễu loạn trên
đường truyền với các cấu hình khác nhau trong dải tần đã xét. Các bộ ghép nối này
hoạt động trong dải tần từ 0.1MHz đến 30MHz cho phép tách tín hiệu có công suất
khoảng ¼ walt trên mạng điện lực. Đường dây điện lực khi được sử dụng để
truyền tín hiệu được đặc trưng bởi độ suy giảm và dịch pha được mô tả bởi hàm
truyền qua đó thể hiện đặc tính của kênh trong miền tần số. Biên độ của hàm
truyền hiển thị độ suy giảm của một tín hiệu khi truyền qua kênh, trong khi đó đáp
ứng pha cho ta độ trễ của tín hiệu.

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


13

Trong luận văn này chúng tôi cũng đã tiến hành các phép thử trên modem PLC
GHPU01 của hãng IOGEAR (Đài Loan) với tốc độ bít 12Mbps hoạt động trên
mạng điện lực của trung tâm nghiên cứu điện tử viễn thông. Ngoài ra chúng tôi
cũng đã nghiên cứu sơ đồ lý thuyết modem của hãng intellon có 84 kênh ở dải tần
4,3 MHz đến 20,9MHz
Chúng tôi cũng đã nghiên cứu, tính toán lý thuyết và mô phỏng về dàn lọc và kỹ
thuật điều chế đa sóng mang OFDM dùng phép biến đổi FFT cũng như các dàn lọc
phân tích và tổng hợp dùng kỹ thuật OQAM.
Chúng tôi cũng nghiên cứu, mô phỏng các thuật toán để làm giảm các nhiễu xung,
các ồn nền, nhiễu dải hẹp trong dải tần.
Luận văn gồm năm chương. Chương một chúng tôi đề cập đến mạng PLC với các
vấn đề liên quan như các chuẩn quốc tế các khái niệm kỹ thuật trong PLC và các
đặc tính của một kênh PLC. Chương 2 là vấn đề về giao diện, những kết quả
nghiên cứu và khảo sát cũng như kết quả kểm tra khả năng truyền thông tin với

modem đa sóng mang GHPU01 trên mạng PLC và dung lượng kênh truyền. Các
phương pháp truyền dẫn và các kỹ thuật điều chế đa sóng mang chúng tôi đề cập
đến ở chương 3. Chương bốn chúng tôi trình bày dàn lọc và các kỹ thuật điều chế
đa sóng mang dùng kỹ thuật OQAM và cuối cùng là chương năm với các kết quả
mô phỏng về kỹ thuật điều chế đa sóng mang.

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


14

Chương 1: MẠNG ĐIỆN LỰC VÀ CÁC ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN TỐC
ĐỘ CAO
1.1. Một số hệ thống tiêu chuẩn quốc tế
Trong chương này chúng tôi đưa ra một số những khái niệm về mạng điện lực và
truyền tín hệu trên mạng điện lực, các tiêu chuẩn của châu âu và thế giới về truyền
thông nói chung và truyền thông tin trong mạng điện lực nói riêng.
European Telecommunications Standards Institute (ETSI) là một tổ chức
phi lợi nhuận và độc lập, nhiệm vụ của nó là thiết lập lên các tiêu chuẩn về
truyền thông cho hiện tại và tương lai. ETSI chịu trách nhiệm chính về việc
tiêu chuẩn hoá kỹ thuật về công nghệ thông tin và truyền thông.
CENELEC, Uỷ ban châu Âu về tiêu chuẩn hoá kỹ thuật điện, được thành
lập vào năm 1973 với sự kết hợp của hai tổ chức châu Âu: CENELCOM và
CNEL. Ngày nay, CENELEC là một tổ chức phi lợi nhuận được thiểt lập
dưới pháp luật nước Bỉ và có sự tham gia của uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế
của 28 nước châu Âu và 7 uỷ ban quốc tế từ trung đến đông âu. Nhiệm vụ
của CENELEC là soạn thảo các tiêu chuẩn kỹ thuật điện và điện tử.
International Special Committee on Radio Interference (CISPR) là một tổ

chức phi chính phủ được thiết lập bởi uỷ ban quốc tế của uỷ ban kỹ thuật
điện quốc tế. Được thành lập năm 1934 có nhiệm vụ quy định can nhiễu
radio.
International Electrotechical Commission (IEC) là tổ chức toàn cầu có
nhiệm vụ soạn thảo và công bố các tiêu chuẩn quốc tế về điện, điện tử và
các công nghệ liên quan.
1.2. Mạng điện lực và ứng dụng trong truyền thông
Mạng điện lực được phân chia thành ba mạng theo mức điện áp khác nhau : mức
điện áp cao (110-380 kV), mức điện áp vừa (10-30kV) và mức điện áp thấp

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


15

(0,4kV). Việc phân chia này là do nhưu cầu truyền điện áp đi xa. Vì khi phải
truyền điện áp trên các đường trục với khoảng cách dài thì năng lượng điện suy
hao rất lớn, muốn giảm suy hao thì phải tăng thiết diện dây dẫn (điều này rất tốn
kém) hoặc phải tăng điện áp lên. Để thực hiện chuyển đổi giữa các mức điện áp
khác nhau người ta sử dụng các trạm biế n thế, các trạm này có chức năng hạ điện
áp khi chuyển từ mạng có mức điện cao xuống mạng có mức điện áp thấp.
Mạng điện lực bắt đầu được sử dụng cho mục đích truyền dữ liệu từ rất sớm
(1920). Hệ thống một sóng mang đầu tiên được thực hiện trên mạng điện cao áp
với khoảng cách trên 500km sử dụng công suất tín hiệu truyền 10W. Hệ thống này
được sử dụng cho việc truyền thông tin nội bộ của nhà cung cấp điện và thực hiện
các nhiệm vụ đo lường và điều khiển từ xa.
Ý tưởng chính của PLC là sử dụng lưới điện cho mục đích truyền thông để làm
giảm giá thành xây dựng các mạng truyền thông mới. Vì vậy các mạng điện áp

vừa và cao được sử dụng để nối khoảng cách xa thay vì phải xây dựng những
mạng truyền thông lớn. PLC cũng được sử dụng để truyền thông tin trong nội bộ
của một toà nhà hay một căn hộ gia đình. PLC được chia thành hai mạng chính là
mạng in-door và mạng access. PLC sử dụng lưới điện trong nhà để truyền thông
tin gọi là mạng in-door, nếu truyền thông tin giữa các toà nhà với nhau người ta
gọi là mạng acess. Nếu dùng chung một dải tần số thì mạng in-door sẽ nhiễu sang
mạng access cho nên cần phân chia dải tần riêng biệt cho chúng.
Việc phân chia dải tần cho hai mạng in-door và access do tiêu chuẩn CENELEC
quy định với dải tần từ 1,6 MHz đến 30MHz . Còn dải tần từ 3kHz đến 148kHz
được quy định bởi chuẩn EN 50065.

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


16

Hình 1.1: Mạng PLC

Hai hệ thống access và in-door bắt buộc phải tuân theo các tham số được chỉ ra ở
hình 1.2. Để đảm bảo rằng các hệ thống access và in-door có thể tồn tại trên cùng
một mạng, phổ tín hiệu truyền của access và in-door sẽ như hình 1.2.

Với F1=12,7MHz;

F2=14,35MHz
Hình 1.2: Sự chia cắt giữa access và in-door

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


17

Ptmax là mật độ công suất truyền cực đại
Pimax mức nhiễu nền trung bình.
Mật độ công suất nhiễu cực đại
Pimax(fMHz)=(fMHz-1,6 MHz)*(Pimax2-Pimax1)/(30 MHz-1,6 MHz)+Pimax1
Pimax1= -105 dBm/Hz
Pimax2= -125dBm/Hz

A
M ạng điện
áp vừa

A
M

Electric

S Meter

Internet
PSTN

M

M ạng điện áp thấp

M

Outdoor Master

M

Indoor Master

S

Outdoor Slave

A

Indoor Adapter

Hình 1.3: Mạng PLC đề suất
Hình trên là mô hình một mạng PLC được đề suất. Tín hiệu thông tin được truyền
vào mạng điện áp thấp qua Outdoor Master được đặt ở trạm hạ thế. Outdoor
Master có chức năng điều chế tín hiệu từ mạng thông tin sang dải access để truyền
trong mạng PLC. Tại đồng hồ đo điện của mỗi hộ gia đình sẽ được lắp đặt một
Outdoor Slaver và một Idoor Master. Outdoor Slaver có chức năng giải điều chế

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


18

thông tin và truyền tắt qua đồng hồ đo điện tới Indoor Master. Indoor Master có
nhiệm vụ điều chế tín hiệu ở dải Indoor và truyền tới các thiết bị nhận qua mạng
điện trong nhà. Tại các thiết bị thu chúng ta sử dụng một thiết bị gọi là Indoor
Adapter để giải điều chế lấy thông tin và bảo vệ thiết bị không bị ảnh hưởng bởi
dòng điện lưới 40 Hz hoặc 50Hz.
1.3. Các đặc tính của mạng điện lực.
Như chúng ta đã biết các đặc tính của mạng điện lực ở tần số 40 -50 Hz dùng cho
mục đích cung cấp điện năng đã được nghiên cứu rất nhiều nhưng các đặc tính của
chúng ở dải tần số cao, đặc biệt là ở dải tần 1,6MHz dến 30MHz mới chỉ được
nghiên cứu ở một số nơi trên thế giới [1] [6][10][12]. Việt Nam hiện chưa có một
nghiên cứu nào để có thể biết được các đặc tính về nhiễu hay độ suy hao của mạng
điện lực cũng như khả năng truyền thông tin của nó. Đường dây điện lực khi được
sử dụng để truyền tín hiệu được đặc trưng bởi độ suy giảm và dịch pha được mô tả
bởi hàm truyền qua đó thể hiện đặc tính của kênh trong miền tần s ố. Biên độ của
hàm truyền hiển thị độ suy giảm của một tín hiệu khi truyền qua kênh, trong khi
đó đáp ứng pha cho ta độ trễ của tín hiệu. Độ suy giảm và dịch pha của tín hiệu
truyền dẫn là ngẫu nhiên bởi vì các tải tiêu thụ điện liên tục được nối ngắt một
cách ngẫu nhiên gây nên sự thay đổi cấu hình và đặc tính của mạng.
1.3.1. Nhiễu trên đường dây điện lực
Có năm loại nhiễu có mặt thường xuyên trên mạng điện lực trên các vùng tần số
khác nhau
Nhiễu màu: Đây là một loại ồn trắng có phân bố Gaussian và giảm theo tần
số. Ở đây bao gồm cả ồn nền. Mức độ của ồn nền lớn hơn ồn trắng vào
khoảng –120dBm/Hz còn các loại nhiễu màu khác thay đổi theo từng giờ
trong ngày. Các hình dưới đây minh họa các loại ồn này. Hình 1.4-a trình
bày kết quả đo ở các ổ cắm khác nhau
Hình 1.4 biểu thị các mức biên độ theo

Trịnh Ngọc Khoa

dB V
theo hệ thức
Hz

Luận văn tốt nghiệp cao học


19

A

P

dB V
Hz

dB V
Hz
Z

(1.1)

Ở đây P là công suất thu được trong dải tần số RBW (Resolution
bandwidth) còn z là trở kháng lối vào của máy phân tích phổ (z=50). Đơn
vị đo này tương ứng với một giá trị biên độ độc lập với độ phân giải của
máy phân tích phổ. Đơn vị đo này được cho bằng hệ thức (1.2).
A

dB V

Hz

U dB V

10log RBW Hz

(1.2)

Ở đây U là mức biên độ đo được theo dB V , bảng chuyển đổi đơn vị ở phụ
lục C.
Nhiễu dải hẹp
Đây là nhiễu do các trạm phát radio sóng ngắn của trung ương hoặc địa
phương hoặc các máy phát radio cá nhân từ 3MHz đến 27MHz là các
nguồn nhiễu rất quan trọng tác động lên PLC. Các sóng ngắn này là các tín
hiệu điều chế biên độ với độ rộng dải từ 4,5kHz đến 9 kHz. Các giá trị
ngưỡng có thể lớn hơn 40dB so với ồn nền. Các mức độ nhiễu loạn do các
sóng này gây ra phụ thuộc vào công suất phát, phụ thuộc vào khoảng cách
đến các máy phát và điều kiện truyền dẫn. Các điều kiện truyền dẫn lại phụ
thuộc vào thời gian, mùa, giờ trong ngày hoặc phụ thuộc vào địa hình và
từng mạng điện lực cụ thể. Hình 1.4 – d biểu diễn các kết quả đo nhiễu dải
hẹp
Nhiễu do các dụng cụ điện gia dụng đình hay công nghiệp tạo nên. Các
máy móc hay dụng cụ gia đình là các nguồn tiêu thụ điện. Đện áp tiêu thụ
của các dụng cụ này có thể khác nhau vì thế biên độ của điện áp 50Hz phải
được biến đổi, được lọc nhờ các xung vuông góc tần số cao, giá trị điển
hình là từ 100kHz đến 200 kHz. Loại tác động này cũng gây nên trên phổ

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học

20

tần số trong dải ta quan tâm. Hình 1.4 – c là các kết quả đo ồn do các nguồn
nuôi này gây lên. Các xung này có giá trị khoảng 5dB trên ồn nền và lặp lại
các khoảng 195 kHz.
Nhiễu do các loại môtơ điện : Trong mỗi gia đình hay nhà máy rất hay
dùng các loại motơ này như máy giặt, máy sấy tóc, lò sấy … mức độ nhiễu
do các loại môtơ này gây ra khoảng 10dB đến 30 dB trên ồn nền. Dạng
nhiễu loạn này cũng là một trong những loại nhiễu nghiêm trọng. Hình 1.4
– b biểu thị các kết quả đo ồn loại này do một máy cưa gây ra
Nhiễu xung : Do các công tắc điện gây ra, thời gian tác động của các loại
nhiễu này dưới 100 s. Khi ta bật tắt một đèn huỳnh quang có thể sinh ra
một vùng phổ nằm vào khoảng một vài MHz. Mức độ tác động của các loại
nhiễu này phụ thuộc vào các loại chuyển mạch phụ thuộc vào tải tiêu thụ
điện từ một vài volt đến 30 volt. Hình 1.8 cho hai ví dụ về nhiễu xung gây
ra trên mạng .
Chúng ta có thể gặp năm loại nhiễu này trong một căn hộ hoặc ở bên ngoài. Chúng
ta có thể nhận thấy các tác động dải hẹp do các sóng vô tuyến hoặc các nhiễu xung
khi ta đóng mở các công tắc. Hình 1.5 là một ví dụng về các mức độ nhiễu màu
chúng ta có thể gặp khi lọc tần số 50 Hz. Đường cong để trình bày trong chương
này chỉ để minh họa. các kết quả chi tiết hơn sẽ được trình bày trong chương 2

a

Trịnh Ngọc Khoa

b

Luận văn tốt nghiệp cao học


21

c

d

Hình 1.4: Các loại nhiễu trong mạng điện lực

Hình 1.5: Nhiễu đo được trên mạng điện lực ở tần số 1MHz đến 10MHz

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


22

Hình 1.6: Ồn xung trong miền thời gian và tần số
1.3.2. Hàm truyền của một mạng PLC trong dải access
Cấu hình tiêu biểu của một mạng điện ở châu Âu như hình sau
Mỗi một trạm biến thế có khoảng 10 đường dây và mỗi đường dây cung cấp 30
đến 40 căn hộ trên một đường dây dài 1km
Trạm biến thế

2

1

4

3

5
6

9

8

7
14

13
10

11

12
15

1km cáp
17

18

16

20

19

22

21

23
24

28

33

32

27

26

25

29
31

30

Hình 1.7: Cấu hình tiêu biểu của một mạng điện ở châu Âu

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


23

1.3.2.1 Độ suy giảm và mô hình hoá đường dây PLC
Độ suy giảm do các nguyên nhân sau
Suy giảm tự nhiên do cáp
Suy giảm do đa đường
+ Nghiên cứu lý thuyết về đường dây PLC
Người ta chia thành các đoạn có chiều dài dz và được mô hình hoá như trên hình
1.8
Một đơn vị dài cáp điện lực hoặc cáp truyền dẫn thông tin được mô hình hoá theo
sơ đồ sau đây
i(z,t)

L0

R0

v(z,t)

i(z+dz,t)

C0 v(z+dz,t)

G0

Hình 1.8: Sơ đồ tương đương của một dây dẫn điện không có tải chiều dài dz
Các giá trị, thông số đối với cáp NAYCWY 185/185se thường được sử dụng ở
châu Âu
8

L0

4,07.10

2, 24.10

R0

5, 78.10 6. f

m

7

1
f

H
m

10

F
m

C0

9,1.10

G0

1,15.10 11. f

1
.m

Các đơn vị đo biểu thị trong công thức tính theo một mét dài của cáp
H Henry
:
m met
Ohm
m met
:

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học


24
F Farad
:
m met
1
1

:
m Ohm.met

Tại mỗi một điểm z trên đường truyền có thế là v(z) và dòng là i(z). Sự thay đổi về
dòng trên đường truyền theo khoảng cách z được biểu thị bằng các phương trình vi
phân :
dv( z )
dz

R0

jL0

i( z )

(1.3)

dv( z )
dz

G0

jC0

v( z )

(1.4)

Sau khi loại bỏ i(z) trong phương trình (1.3) và v(z) trong phương trình (1.4) ta sẽ
thu được hai phương trình bậc hai, đây chính là nghiệm của hai phương trình nói

trên
v z

V1e

i z

V1
e
Z0

z

V2e
z

z

V2
e
Z0

z

với
j

z0

R0

G0

R0

jL0

G0

jC0

jL0
jC0

là hằng số truyền là số phức có phần thực hệ số suy giảm, phần ảo là hằng số pha
Ở các tần số mà chúng ta quan tâm giá trị của z0 khoảng 6,7

và pha bằng 0.

Hình 1.9 minh hoạ độ suy giảm tự nhiên lý thuyết của đường dây điện chưa có
nhiễu đa đường

Trịnh Ngọc Khoa

Luận văn tốt nghiệp cao học