Công nghệ PLC

 1.Khái niệm:

    +Viễn thông phát triển => công nghệ MTN không ngoài xu thếnhiều loại CN MTN, cạnh truyền thống, PLC cạnh tranh vs hữu tuyến.Sử dụng đường dây điện, PLC kết hợp truyền tin và năng lượng.Vậy tại sao nta lại nghĩ đến PLC???

    +Vì mức độ phổ biến: Hệ thống lưới điện hạ thế kết nối đến tất cả các khách hàng, doanh nghiệp trên toàn thế giới do vậy ứng dụng của công nghệ PLC cho mạng truy nhập sử dụng mạng hạ thế có tiềm năng rất lớn.Mạng lưới đường dây điện đã được xây dựng sẵn => điều kiện thuận lợi ko tốn chi phái đầu tư cơ bản.Mạng khác 80% chi phí đầu tư ở phần mạng ngoại vi. Trước đây truyền tải điện năng và truyền tải thông tin là 2 công nghệ khác biệt nhưng do những lợi ích mà PLC đem lại, ý tưởng kết hợp 2 công nghệ này vào làm một đã nảy sinh. Khi kết hợp 2 công nghệ sẽ cho phép mở rộng cho phép truyền tín hiệu thông tin qua hệ thống đường điện lực. Từ những năm 50 của thế kỷ 20, cho phép dùng đường dây điện lực truyền các tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển.Hiện nay công nghệ PLC đã cho phép cung cấp dịch vụ truyền tải điện kết hợp với truyền dữ liệu trực tiếp tới người sử dụngTừ những năm 50 của thế kỷ 20, cho phép dùng đường dây điện lực truyền các tín hiệu đo lường, giám sát, điều khiển.

    +Định nghĩa :“Power line communication - PLC là công nghệ truyền tín hiệu thông tin trên đường dây điện lực”

2.Phân loại:

Tuỳ  vào  phân  cấp mạng  truyền  tải  điện mà  có  các  ứng  dụng  truyền  thông  PLC tương ứng. Mạng truyền tải, cung cấp điện được phân thành các cấp độ tuỳ thuộc từng quốc gia, nhưng cơ bản có ba cấp độ sau:

- Lưới điện cao thế (110-500kV): kết nối các nhà máy điện với các khách hàng lớn, các khu vực tiêu thụ điện năng với đường truyền tải dài từ vài chục km đến vài trăm km.

- Lưới điện  trung  thế  (10-30KV): Cung  cấp  cho  các khu dân  cư  rộng,  các khu  công nghiệp, khu đô thị, khoảng cách truyền tải ngắn hơn từ vài km đến vài chục km.

- Lưới điện hạ thế (110V-380V): Cung cấp điện năng cho các khách hàng là các hộ gia đình, cơ quan,  trường học…với khoảng cách  truyền  tải ngắn  từ vài  trăm mét đến vài km. Hệ  thống  lưới điện hạ  thế kết nối đến  tất cả các khách hàng, do vậy ứng dụng của công nghệ PLC cho mạng truy nhập sử dụng mạng hạ thế có tiềm năng rất lớn.

 +Phân loại theo băng tần sử dụng:

+PLC băng rộng: có khả năng truyền dữ liệu lên đến 2Mbps khi sử dụng lưới điện trung và hạ thế (outdoor), và 12Mbps khi sử dụng  lưới điện  trong nhà. Một số nhà sản xuất đã phát  triển được những thiết bị có khả năng truyền dữ liệu lên đến 40Mbps. Do vậy, ứng dụng của PLC băng rộng là cung cấp các giải pháp truy nhập kết nối các mạng LAN giữa các toà nhà, kết nối các trạm thu phát vô tuyến với mạng đường trục.

 +PLC băng hẹp: ứng dụng trong tự động hoá trong gia dụng (Điều khiển các thiết bị điện như đèn chiếu sáng, điều hoà,  cửa …, giám  sát an ninh như cảnh báo khói, đột nhập…), ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến quản  lý điện năng (Bảo vệ khoảng cách,  truyền dữ  liệu đo đếm công tơ, quản lý công suât…)

+Phân loại theo cấu hình lai ghép:

   -Lai ghép hữu tuyến

   -Lai ghép vô tuyến

 3.NGUYÊN LÝ CƠ BẢN:

  Ý tưởng của công nghệ PLC là ghép tín hiệu số liệu có tần số cao vào đường cáp điện có tín hiệu cơ (50Hz) để truyền đi và ở phía thu sẽ tách tín hiệu số liệu tần cao ra khỏi tín hiệu điện đưa đến khối xử lý tín hiệu.

 +Tín hiệu thông tin cần truyền phải nằm trong dải tần cao hơn nhiều tần số dòng điện và các hài của nó. Đồng thời, tín hiệu phải có công suất đủ lớn để đưa vào đường cáp điện.

 +Một biến áp có đặc tính thông cao có thể được dùng để ghép tín hiệu vào dòng điện chính. Bộ lọc thông cao đảm bảo dòng điện chính và các hài của nó được cách ly khỏi modem.

 +Phía thu, bộ lọc được dùng để cách ly tín hiệu điện và tín hiệu số liệu. Bộ lọc thông cao sẽ chặn lại tín hiệu dòng điện chính (50Hz), cho tín hiệu cao tần đi qua để đưa đến khối xử lý số liệu.

 +Phương pháp như trên làm việc tốt với dải tần nhỏ hơn 150kHz, còn đối với dải tần cao hơn thì cần có các mạch phụ để cho phép ghép tín hiệu qua biến áp. Việc ghép cũng phảo đảm bảo bảo vệ modem không bị quá trình quá độ nhanh trong dòng điện chính làm hỏng.

4.ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN:

+  Nhiễu nền (Background noise):

   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.

+ Nhiễu xung ( Impulse noise):

   Hay còn gọi là tạp nhiễu, xảy ra chủ yếu do việc bật tắt công tắc các tải hay đèn chiếu sang. Tạp nhiễu sinh ra do thời gian thay đổi trạng thái trên mạng ( từ vài micro giây tới vài miligiây), và điện áp được kích thêm 1- 10 vôn là hiện tượng phổ biến.

 + Nhiễu băng hẹp (Narrow band noise):

   Xày ra tuỳ thuộc truyền trên đường dây điện là MW (300KHz- 3MHz) hay SW (3MHz- 30MHz), cũng phụ thuộc vào ngắt nguồn điện cung cấp. Thông thường, nhiễu loại này lớn hơn so với nhiễu nền trong cùng một băng tần là 10-30dB. Đường dây điện được thiết kế để truyền năng lượng điện chứ không để truyền tín hiệu quảng bá (ở dải Radio Frequency – RF). Nay đưa tín hiệu đó lên đường dây điện, nhiều năng lượng RF thoát ra ngoài ( như anten) và gây nhiễu cho các dịch vụ và thiết bị dùng sóng RF ở tần số lân cận, mà hầu hết các ứng dụng thông tin quảng bá ngày nay dùng dải tần số Radio như: Đài phát thanh, truyền hình.

  +Nhiễu họa âm (Harmonic noise):

   Sinh ra phụ thuộc vào việc đồng bộ giữa nguồn điện cung cấp cho việc đồng bộ và nguồn điện lưới (cung cấp cho các thiết bị điện). Nhiễu này khác nhau ở cùng quốc gia ( vì mạng điện lưới ở các quốc gia khác nhau là có sự khác nhau), giá trị phổ biến của nhiễu loại này là 15-25dB đối với các loại tải thông thường.

5.XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN:

 a,ưu điểm:

  +Cơ sở hạ tầng:

Mạng điện hạ thế có thể được dùng để thiết lập một cơ sở hạ tầng mạng sẵn có cho  hàng triệu khách hàng, doanh nghiệp riêng biệt trên toàn thế giới, có đường dẫn tới tận các ổ cắm điện phục vụ cho cả thiết bị gia đình và thiết bị điện công nghiệp.

   Mạng lưới đường dây điện đã được xây dựng nên có lợi thế về chi phí đầu tư cơ bản, cơ sở hạ tầng đường dây điện đã có sẵn, nên nó có thể cho phép cạnh tranh với giá rẻ hơn các kỹ thuật truy nhập viễn thông nội vùng khác (thường yêu cầu vốn đầu tư cơ bản lớn).

  +Tốc độ: PLC có thể cung cấp khả năng truy nhập tốc độ cao, tốc độ truyền thông đã đạt tới hành trăm Mb/s.

B,nhược điểm:

 +Phối hợ trở kháng:  Với đường dây điện lực, trở kháng đầu vào (hay đầu ra) thay đổi theo thời gian đối với tải và vị trí khác nhau (có thể thấp cỡ mW hay cao tới hàng kW) và thấp một cách đặc biệt tại các trạm con => suy giảm tín hiệu

 +Nhiễu Khi truyền tín hiệu trên đường dây điện lực, đường dây giống như một anten lớn nhận các nhiễu và phát xạ tín hiệu. Công suất nhiễu trên đường dây tải điện là tập hợp tất cả các nhiễu loạn khác nhau thâm nhập vào đường dây và vào máy thu

 +Suy hao: Khi tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu, công suất tín hiệu sẽ bị suy hao, nếu suy hao quá lớn thì công suất thu sẽ rất nhỏ và máy thu không tách ra được. Suy hao trên đường dây tải điện rất cao (lên tới 100 dB) làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn. Một giải pháp là sử dụng các bộ lặp đặt tại các hộp cáp để tăng chiều dài truyền thông

 +Thiết kế hệ thống: Hàm truyền đạt và nhiễu được ước tính thông qua các số liệu đo và phân tích lý thuyết. Một vấn đề phức tạp của kênh đường dây điện lực là sự thay đổi theo thời gian của các yếu tố ảnh hưởng. Mức nhiễu và suy hao phụ thuộc cục bộ vào các tải được kết nối, mà chúng lại thay đổi theo thời gian. Dẫn tới trạng thái của kênh cũng thay đổi theo thời gian, gây khó khăn cho việc thiết kế hệ thống

c,Triển khai PLC trong thực tế

 +Hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển trên đường dây tải điện

 +Nhà thông minh – Smart Home

 +Công nghệ băng thông rộng qua đường dây điện lực BPL

d,Xu hướng phát triển

  +Cùng với các công nghệ viễn thông khác như thông tin quang, truyền hình cáp, xDSL... công nghệ PLC đã tạo thêm một khả năng lựa chọn mới cho người sử dụng.Việc tích hợp kỹ thuật thông tin vào các hệ thống năng lượng là một hướng đi mới đối với sự phát triển chung của cơ sở hạ tầng xã hội. Từ các ứng dụng ban đầu như đo lường từ xa, quản lý điều khiển và phân phối tự động từ xa, hiện nay các dịch vụ viễn thông dựa trên kỹ thuật PLC như điện thoại, truy nhập Internet, truyền thoại và video trên đường dây điện lực đã phát triển.

 +Tương lai,hệ thống PLC sẽ đáp ứng 5 tiêu chí:

  -Khả năng đáp ứng đa dịch vụ: Mạng phải thiết kế cho phép PLC có khả năng truy cập Internet tốc độ cao, Voice Over IP, và tương lai có khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng như SIP, VLAN, IP-PBX….

  -Khả năng mở rộng: Mạng phải có khả năng phát triển và mở rộng trên cơ sở khách hàng, kết quả đánh giá đầu tư và nhằm giảm rủi ro trong quá trình nâng cấp mạng.

  -Dễ dàng mở rộng lên băng thông cao hơn: Mạng phải có khả năng cho phép mở rộng từ băng thông hiện tại lên băng thông cao hơn trong tương lai mà không cần nâng cấp mạng.

  -Tương thích với các công nghệ mạng khác: Mạng phải có khả năng cho phép triển khai song song với các công nghệ mạng khác như Wireless Local Loop, cáp quang, xDSL….

  -Triển khai ở các vùng đô thị và các vùng nông thôn: Mạng được thiết kế phải có khả năng hỗ trợ triển khai PLC ở cả vùng đô thị lẫn các vùng nông thôn với giá thành hợp lý và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường.