Tài liệu 000000255244

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---***--- NGUYỄN HUY TĨNH NGHIÊN CỨU MODUN TRUYỀN VÀ NHẬN TÍN HIỆU QUA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. PHẠM THỊ NGỌC YẾN Hà Nội – 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng tài liệu, thông tin đăng trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn. Hà Nội, ngày…… thỏng….. năm 2012 Nguyễn Huy Tĩnh Mục lục 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 COMUNICATION)........................... 2 1.1 Tổng quan PLC................................................................................................2 1.1.1 Định nghĩa .................................................................................................2 1.1.2 Tại sao phải nghiên cứu PLC ...................................................................2 1. Tính kinh tế...................................................................................................2 2. Tốc độ truyền nhận ......................................................................................2 1.1.3 Phạm vi ứng dụng .....................................................................................4 1.1.4 Phân loại ....................................................................................................4 1.1.5 Các phương thức mã hóa tín hiệu ............................................................5 1. Điều chế biên độ ..........................................................................................6 2. Điều chế tần số .............................................................................................7 3. Điều chế pha ................................................................................................7 4. Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) .....................9 1.1.6 Kĩ thuật trải phổ (SS) ...............................................................................11 1.1.7 Một số vấn đề cần chú ý trong truyền thông PLC..................................13 1.2 Cấu trúc hệ thống PLC .................................................................................15 1.2.1 Cấu trúc hệ thống ....................................................................................15 1.2.2 Các phần tử mạng PLC ..........................................................................17 1. Các phần tử mạng cơ bản ..........................................................................17 2. Trạm lặp .....................................................................................................17 3. Cổng kết nối PLC .......................................................................................18 1.2.3. Kết nối đến mạng lõi và quản lý mạng truy nhập PLC.........................19 1. Các mô hình kết nối ...................................................................................19 2. Quản lý mạng truy nhập PLC ....................................................................22 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng trong truyền thông PLC .........................................23 1.3.1 Đặc tính kênh truyền đường cáp điện ....................................................23 1.3.2 Sự giới hạn băng thông ...........................................................................24 1.3.3 Nhiễu trên đường cáp điện ......................................................................25 1. Nhiễu tần số 50Hz ......................................................................................25 2. Nhiễu xung đột biến ...................................................................................25 3. Nhiễu xung tuần hoàn ................................................................................26 4. Nhiễu xung kéo dài ....................................................................................26 5. Nhiễu chu kỳ không đồng bộ ......................................................................27 6. Nhiễu sóng radio ........................................................................................27 7. Nhiễu nền ...................................................................................................27 1.3.4 Trở kháng đường truyền và sự phối hợp trở kháng .............................27 1.3.5 Suy hao trên lưới điện .............................................................................28 1.3.6 Hiện tượng sóng dừng .............................................................................29 1.3.7 Sự phát xạ sóng điện từ và khả năng gây nhiễu ....................................30 1.3.8 Tổng trở và sự suy giảm ..........................................................................30 1.4 ứng Dụng ........................................................................................................31 1.5 Các Chuẩn PLC .............................................................................................32 Chương II: Thử nghiệm các phương pháp điều chế ghép nối plc ..................................... 31 2.1 Kết nối với lưới điện ......................................................................................31 2.1.1 Mạch ghép tín hiệu ..................................................................................31 2.1.2 Mạch ghép dung kháng C .......................................................................31 2.1.3 Mạch phối ghép R-L-C phức tạp ............................................................34 2.1.4 Các bộ lọc tương tự..................................................................................34 2.1.5 Mạch lọc RC.............................................................................................35 2.1.6 Mạch lọc LC .............................................................................................35 2.1.7 Các mạch lọc bậc cao khác .....................................................................36 2.2 Các Phương Pháp Điều Chế .........................................................................37 2.2.1 Kỹ thuật tương tự .....................................................................................38 2.2.2 Kỹ thuật điều chế số .................................................................................39 1. Khoá dịch biên (ASK) ................................................................................39 2. Khoá dịch tần FSK .....................................................................................43 3. Khoá dịch pha (PSK) .................................................................................46 4. Công nghệ trải phổ ....................................................................................49 5. Trải phổ d·y trực tiếp kiểu BPSK ...............................................................50 6. Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) ...........54 2.3 Thử nghiệm các phương thức điều chế. .....................................................55 2.3.1 Điều chế và giải điều chế ASK ................................................................55 1. Điều chế ASK .............................................................................................55 2. Giải điều chế ASK ......................................................................................56 3. Kết quả thử nghiệm ....................................................................................57 2.3.2 Điều chế và giải điều chế FSK ................................................................59 1.Vòng khoá pha (Phase locked loop - PLL) .................................................59 2. Điều chế FSK dùng vi mạch CD4046 ........................................................60 3. Giải điều chế FSK ......................................................................................61 4. Kết quả thử nghiệm ....................................................................................62 2.3.3 Điều chế và giải điều chế BPSK..............................................................63 1. Điều chế BPSK ...........................................................................................63 2. Giải điều chế BPSK dùng CD4046 ............................................................63 3. Kết quả thử nghiệm ....................................................................................64 2.3.4 Điều chế và giải điều chế FM ................................................................65 1. Điều chế FM...............................................................................................66 2. Giải điều chế FM .......................................................................................67 3. Kết quả thử nghiệm ....................................................................................67 2.4 Lựa chọn phương thức điều chế..................................................................67 2.5 Kết Luận Phương Pháp Điều Chế ...............................................................68 Chương III: Thiết kế mạch thu – phát plc ...................................................................... 67 3.1 Yêu cầu thiết kế, lựa chọn phương án thực hiện ........................................67 3.1.1 Các yêu cầu của thiết kế ..........................................................................67 3.1.2 Lựa chọn phương án thực hiện ..............................................................67 3.2 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống ...............................................................68 3.2.1 Thiết kế modul phát .................................................................................70 1. Mạch điều khiển hoạt động cho máy phát .................................................70 2. Điều chế FSK .............................................................................................72 3. Mạch khuếch đại âm tần ............................................................................72 4. Mạch khuếch đại phát ................................................................................73 5. Mạch phối ghép với lưới điện ....................................................................74 3.2.2 Thiết kế modul thu ...................................................................................75 2. Mạch khuếch đại và lọc thông dải .............................................................76 3. Mạch giải điều chế FSK .............................................................................77 5. Mạch điều khiển thu ...................................................................................79 3.3 Sơ đồ nguyên lý và lưu đồ thuật toán ..........................................................81 3.3.1 Lưu đồ thuật toán của modul phát .........................................................81 3.3.2 Sơ đồ nguyên lý modul phát ....................................................................82 3.3.3 Lưu đồ thuật toán của modul thu ...........................................................84 3.3.4 Sơ đồ nguyên lý modul thu ......................................................................85 3.4 Chương trình điều khiển trên các Modul ...................................................86 Tài liệu tham khảo .....................................................................................................101 Phụ lục ................................................................................. Error! Bookmark not defined. Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt AM Amplitude Modulation Điều biên ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân Delta Modulation Điều chế Delta DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trair phổ dãy trực tiếp DPSK Differential Phase Shift Keing Khoá dịch pha vi phân FM Frequency Modulation tần số Điều chế FSK Frequency Shift Keing Khoá dịch tần FDM Frequency Division Multiplexing Đa truy nhập theo tần số FPGA Field programmable gate array Phạm vi có thể lập trình cổng mạng Inter Symbol Interference Nhiễu ISI Local Area Network Mạng khu vực Orthogonal Frequency Division Điều chế đa sóng mang DM ISI LAN OFDM Multiplexing PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PLC Power Line Communication Truyền thông trên đường cáp điện PLL Phase Locked Loop Vòng khoá pha PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương Selective Fading Pha định lựa chọn SF Danh mục các bảng Bảng 1.1 So sánh tốc độ PLC network .................................................................. 3 Bảng 1.2: Một số linh kiện Lowspeed PLC .......................................................... 14 Bảng 1.3 Tải đường dây trở kháng thấp............................................................. 21 Bảng 2.1: So sánh phương thức điều chế ........................................................... 66 Danh mục các hình vẽ Hỡnh 1.1: Nguyờn lý cơ bản PLC .............................................................................2 Hình 1.2: Phân loại tiêu chuẩn PLC ............................................................................4 Hình 1.3: Sơ đồ các phương pháp điều chế tín hiệu ..................................................5 Hình 1.4: Mẫu mã hóa tín hiệu ASK ..........................................................................6 Hình 1.5: Mẫu điều chế tần số FSK ...........................................................................7 Hình 1.6: Mẫu điều chế BPSK ...................................................................................8 Hình 1.7: Mẫu điều chế QPSK...................................................................................9 Hình 1.8: Kĩ thuật điều chế OFDM...........................................................................10 Hình 1.9: Cấu trúc Symbol OFDM, ISI và khoảng bảo vệ .......................................11 Hình 1.10: Trực giao sub-carrier OFDM trong miền tần số .....................................11 Hình 1.11: So sánh truyền thông băng hẹp và truyền thông trải phổ.......................12 Hình 1.12: Cấu trúc một mạng truy nhập PLC ........................................................15 Hình 1.13: Cấu trúc mạng PLC trong nhà ..............................................................16 Hình 1.14: Mạng PLC sử dụng trạm lặp ...................................................................17 Hình 1.15: Thuê bao PLC kết nối trực tiếp ...............................................................18 Hình 1.16: Kêt nối thông qua cổng PLC ...................................................................19 Hình 1.17: Cổng kết nối trong mạng truy nhập PLC ................................................19 Hình 1.18: Mô hình kết nối mạng truy nhập và mạng lõi .........................................22 Hình 1.19: Quản lý mạng PLC..................................................................................22 Hình 1.20: Phổ tần PLC của thông tin nội bộ ...........................................................24 Hình 1.21: Ví dụ về sự méo tín hiệu trên lưới điện ..................................................24 Hình 1.22: Các băng tần trong tiêu chuẩn CENELEC.............................................25 Hình 1.23: Xung nhiễu xuất hiện khi bật đèn ..........................................................26 Hình 1.24: Nhiễu xung tuần hoàn .............................................................................26 Hình 1.25: Nhiễu phát ra khi chạy máy hút bụi và phổ tần của nó ...........................27 Hình 1.26: Suy hao trong gia đình tại tần số 130 kHz ..............................................29 Hình 2.1: Mạch ghép dung kháng .............................................................................32 Hình 2.2: Mạch ghép kết hợp LC.............................................................................33 Hình 2.4: Các mạch lọc LC đơn giản ........................................................................36 Hình 2.5: Mạch lọc thông dải dùng vi mạch HA17741 ............................................37 Hình 2.6: Sơ đồ điều chế và giải điều chế ASK........................................................42 Hình 2.7: Điều chế khoá dịch biên ASK ...................................................................42 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý FSK ................................................................................44 Hình 2.10: Điều chế khoá dịch tần FSK ...................................................................45 Hình 2.11: Điều chế tín hiệu PSK .............................................................................47 Hình 2.13: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp ............................................................52 Hình 2.15: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản.............................................53 Hình 2.16: Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần .............................................55 Hình 2.17: Sơ đồ điều chế ASK ................................................................................56 Hình 2.18: Mạch giải điều chế ASK .........................................................................56 Hình 2.19: Dạng tín hiệu đo được ở máy phát và thu ...............................................59 Hình 2.20: Mạch vòng khoá pha PLL cơ bản ...........................................................59 Hình 2.21: Sơ đồ điều chế FSK dùng CD4046 .........................................................60 Hình 2.22: Sơ đồ giải điều chế FSK dùng CD4046 ..................................................61 Hình 2.23: Dải tần sử dụng cho thử nghiệm FSK .....................................................62 Hình 2.24: Sơ đồ điều chế BPSK ..............................................................................63 Hình 2.26: Dạng sóng của tín hiệu BPSK tại máy thu..............................................65 Hình 2.27: Điều chế FM với PLL4046 ....................................................................66 Hình 2.28: Sơ đồ giải điều chế FM ...........................................................................67 Hình 3.1: Sơ đồ khối hoạt động hệ thống .................................................................69 Hình 3.2: Mạch điều khiển Modul phát ....................................................................70 Hình 3.3: Mạch điều chế FSK ...................................................................................72 Hình 3.4: Mạch khuếch đại âm tần ...........................................................................73 Hình 3.5: Mạch khuếch đại phát ...............................................................................73 Hình 3.6: Mạch phối ghép Modul phát với lưới điện ...............................................74 Hình 3.7: Mạch phối ghép Modul thu với lưới điện .................................................75 Hình 3.8: Mạch khuếch đại thu .................................................................................76 Hình 3.9: Mạch giải điều chế FSK ............................................................................77 Hình 3.10: Mạch giải điều chế FM ...........................................................................78 Hình 3.11: Mạch điều khiển Modul thu ....................................................................79 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý modul phát ..... 83Hình 5.13: Sơ đồ nguyên lý modul thu ............................................................................................................................................. 86 Mở đầu Mở đầu Hiện nay, nhu cầu sử dụng nối mạng trong nhà trên thế giới đang phát triển với một tốc độ nhanh chóng. Sự phát triển các dịch vụ internet băng thông rộng tốc độ cao, việc triển khai các thiết bị thông minh cho gia đình, khả năng phát triển mô hình làm việc từ xa và kinh doanh tại nhà đang là nhu cầu của thế giới hiện đại. Việc đưa ra các thiết bị thông minh đã mang lại cho người tiêu dùng tính linh hoạt để thực hiện các công việc tự động. Các thiết bị phụ trợ số cá nhân PDA (Personal Digital Assistant), điện thoại thông minh, và hộp set-top box đang tạo ra các đặc tính và khả năng mới. Thiết bị thông minh có khả năng điều khiển các thiết bị điện tử trong nhà như: Phòng cháy, phòng hơi độc, phòng khí ga, quản lý nhiệt độ, tủ lạnh, đèn, quạt, interner, lò vi sóng, các thiết bị âm thanh - hình ảnh, và các hệ thống bảo vệ trong nhà. Để thực hiện được các nhiệm vụ này các thiết bị thông minh và thiết bị điện tử cho gia đình phải có khả năng nối mạng và kết nối toàn cầu. Vì thế công nghệ truyền thông trên mạng lưới điện đang được mọi người chú ý và phát triển nó để đáp ứng mọi nhu cầu của xã hội. Trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật được giao với đề tài: “Nghiờn cứu Modun truyền và nhận tín hiệu qua đường dây truyền tải điện” Nội dung luận văn gồm các phần cơ bản như sau: Chương I: Tổng quan về PLC (POWER LINE COMUNICATION) CHƯƠNG II : THử NGHIệM CáC PHƯƠNG PHáP ĐIềU CHế GHéP NốI PLC CHƯƠNG III : THIếT Kế MạCH THU – PHáT Sau gần một năm được sự hướng dẫn tận tình của các Thầy cô trong bộ môn Đo lường và Điều khiển và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của Cô GS-TS: Phạm Thị Ngọc Yến, luận văn của em đã hoàn thiện. Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và khả năng còn hạn chế, luận văn em thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của Thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày…….tháng…….năm 2012 Nguyễn Huy Tĩnh 1 Chương 1: Tổng quan về PLC Chương I Tổng quan về PLC (POWERLINE COMUNICATION) 1.1 Tổng quan PLC 1.1.1 Định nghĩa Powerline communication (PLC) là kĩ thuật truyền tin sử dụng mạng điện sẵn có làm môi trường truyền dẫn. Nguyên tắc của PLC là sự xếp chồng của tín hiệu điện 50Hz ( tần số được phát ra bởi máy phát điện) và một tín hiệu khác ở tần số rất cao (từ 1-30MHz) có năng lượng yếu. Tín hiệu thứ 2 này tự nó lan truyền trên mạng lưới điện và có thể thu nhận và giảI điều chế. Sự giải điều chế được thực hiện bởi một máy thu PLC. Một coupler (mạch ghép tín hiệu để kết nối mạng cài đặt vào lưới điện) được tích hợp ở đầu vào của máy thu PLC có nhiệm vụ khử thành phần tần số cơ bản trước khi thực hiện xử lý tín hiệu. Nguyên lý này được mô phỏng trên hình 1.1: Tín hiệu điện 50Hz Tín hiệu điện 50Hz Tín hiệu tần số cao 50HF Tín hiệu tần số cao từ 1,6Mhz - 30Mhz Hỡnh 1.1 Nguyờn lý cơ bản PLC 1.1.2 Tại sao phải nghiên cứu PLC 1. Tính kinh tế Tận dụng đường dây điện có sẵn, giảm các chi phí lắp đặt, giảm các chi phí bảo trì sửa chữa. 2. Tốc độ truyền nhận Tốc độ truyền nhận của PLC rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Khoảng cách giữ máy phát điện và máy biến thế, số lượng người sử dụng kết nối vào mạng, kiến trúc “indoor” hay “outdoor”, số lượng bộ lặp được cài đặt giữa máy biến thế và máy phát, kiểu ứng dụng cụ thể. Đối với các ứng dụng “indoor” thì tốc độ trung bình là 14Mbps. 2 Chương 1: Tổng quan về PLC PLC không cần phải nối cáp riêng, và truyền xa hơn (1,000 feet) so với mạng Ethernet (150 feet). Về lý thuyết mạng PLC có thể truyền tốc độ tối đa là 14 Mbps, nhưng trong thực tế, tốc độ chỉ đạt khoảng 7Mbps, tuy vậy vẫn nhanh hơn so với Wifi 802.11b (4Mbps tới 5Mbps). Tốc độ truyền của mạng PLC chậm hơn so với Wifi 802.11a (22Mbps-thực tế) và mạng tốc độ cao (60Mbps-thực tế). Như vậy tốc độ truyền của PLC ở mức trung bình, đủ để phục vụ cho các ứng dụng thông thường như chia sẻ tài liệu, truy nhập internet và kết nối các thiết bị ngoại vi (printer…), tuy nhiên không thích hợp cho các ứng dụng giải trí: Chia sẻ hình ảnh, hội thảo từ xa… Approximate range Claimed/typical data speeds Pros Cons Cheap ($10 for adapter) Included on most new PCs Hundreds of hardware makers Requires cabling Larger networks need distribution hubs and switches 300 feet per segment 100/60Mbps* Power line Uses existing home (HomePlug) wiring Government-strength 56-bit DES encryption Relatively expensive Vulnerable to spikes (sudden rises in energy), surges (prolonged overvoltages), and brownouts 1,000 feet 14Mbps Wi-Fi (802.11b) Relatively inexpensive ($75 for PC Card) Dozens of manufacturers WECA certification Radios integrated on new notebooks Data speeds inadequate for high-end multimedia Three channels 100 feet 11/5.5Mbps Wi-Fi5 (802.11a) High bandwidth fro multiple users or multimedia distribution Eight channels Expensive ($150 for PC Card adapter) Small number of manufacturers Not integrated on notebooks No certification 50 feet 54/22Mbps Bluetooth Very cheap ($5 to $7.50) for integrated radio on PDA or phone Widespread installation Low throughput Short range Lack of compatibility 20 to 50 feet 1Mbps/300Kbps Ethernet 3 Chương 1: Tổng quan về PLC Low power use Bảng 1.1 So sánh tốc độ PLC network 1.1.3 Phạm vi ứng dụng Phạm vi ứng dụng của PLC tương đối rộng rãi: - Tự động hóa trong nhà - Dịch vụ internet trên cơ sở PLC - Hệ thống giám sát điều khiển SCADA - Hệ thống đo đếm điện năng từ xa AMR 1.1.4 Phân loại Hình 1.2 Phân loại tiêu chuẩn PLC - PLC - Powerline Carrier: Tín hiệu băng hẹp, truyền trên dây cao thế 132kV275kV. Dải tần sử dụng: 9-500kHz, tốc độ dưới 100kbps. Dùng cho các ứng dụng: Điều khiển chuyển mạch, điện thoại. Hiện nay do tốc độ truyền hạn chế nên điều khiển chuyển mạch, điện thoại. Hiện nay, do tốc độ truyền hạn chế nên Powerline Carrier dần được thay thế bởi cáp quang. - BPL - Broadband over Powerline: Cung cấp dịch vụ truy cập internet băng thông rộng đến nhà bằng việc sử dụng các phương pháp điều chế số trên dải tần còn lại của đường dây điện. Trong tòa nhà có trang bị BPL system, người sử dụng chỉ cần một BPL modem cắm vào ở điện là có thể truy cập internet tốc độ cao. - DLC - Distribution Line Carrier: (High speed narrowband powerline system) dùng với mạng trung thế (11kV) và hạ thế. Dải tần hoạt động 9-500KHz, tốc độ tới 4 Chương 1: Tổng quan về PLC 576kbps. Không bị ảnh hưởng bởi sóng radio và bức xạ điện từ. ứng dụng: Realtime Energy Managements. Các chuẩn hiện hành: EN50065 (CENELEC), IEC 61000-3, FCC part 15 supart B. - Low speed powerline: Sử dụng dải tần số hẹp 9-148.5KHz, tốc độ dưới 9.6Kbps. Đặc điểm: Tốc độ thấp, giá rẻ thích hợp với các ứng dụng tại nhà hoặc các tòa nhà tự động. Các chuẩn Lonwork, PowerBUS, X10, INSTEON… Trong giới hạn nghiên cứu những ứng dụng gia đình, tốc độ truyền nhận thấp và khoảng cách truyền ngắn ta chỉ xem xét công nghệ mạng tốc độ thấp (Low speed powerline). Các chuẩn hiện hành: X10, INSTEON, PowerBUS, … sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần sau. 1.1.5 Các phương thức mã hóa tín hiệu Để dữ liệu cụ thể được truyền, tín hiệu phải được xử lý sao cho bên máy nhận có thể phân biệt bit 0 và 1. Sử dụng phương pháp điều chế để xử lý tín hiệu, phuơng thức này sẽ biến tín hiệu vào trong sóng mang và mã hóa dữ liệu sao cho nó có thể truyền. Hiện nay có các phương thức mó húa sau: Hình 1.3 Sơ đồ các phương pháp điều chế tín hiệu Có hai kỹ thuật khác nhau được sử dụng để mô tả dữ liệu: + Trạng thái hiện hành (current state): Với kĩ thuật này, gía trị hiện hành của 5 Chương 1: Tổng quan về PLC tín hiệu được dùng để phân biệt gía trị 0 và 1. Kỹ thuật này sẽ gán một gía trị cụ thể để chỉ ra gía trị nhị phân là 0 hay là 1. ở một thời điểm cụ thể, gía trị của tín hiệu sẽ xác định gía trị nhị phân. + Chuyển trạng thái (state transition): Với kĩ thuật này, sự thay đổi hay chuyển mức tín hiệu sẽ được dùng để phân biệt 0 và 1. Kĩ thuật này có thể mô tả gía trị 0 bằng cách thay đổi pha của sóng ở một thời điểm cụ thể, trong khi gía trị 1 sẽ đặc trưng bằng việc giữ nguyên pha. ở một thời điểm cụ thể, yếu tố có sự thay đổi hay không có sự thay đổi trong pha của tín hiệu sẽ được dùng để xác định gía trị nhị phân. 1. Điều chế biên độ Mã hóa ASK Điều biên (ASK): Thay đổi biên độ/ độ cao của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều biên dùng kĩ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức biên độ được dùng để tượng trưng mức 0 và một mức được dùng để tượng trưng mức 1. Hình 1.4 bên dưới mô tả làm thế nào một dạng sóng có thể điều chế một mã ASCII, ký tự K dùng phuơng pháp điều biên. Biên độ lớn tượng trưng cho mức 1, trong khi biên độ nhỏ tượng trưng cho mức 0. Chính biên độ của sóng sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Bên máy nhận, sẽ chia tín hiệu nhận được ra thành những khoảng thời gian được gọi là thời gian lấy mẫu. Máy nhận sau đó sẽ kiểm tra sóng để tìm ra biên độ. Tùy thuộc vào giá trị biên độ của sóng, máy nhận sẽ xác định giá trị nhị phân đang được truyền. Hình 1.4: Mẫu mã hóa tín hiệu ASK 6 Chương 1: Tổng quan về PLC Nhận xét: - Phương pháp này đơn giản - Khả năng chống nhiễu thấp - Thường dùng để truyền tin trên cáp quang 2. Điều chế tần số Mã hóa FSK Điều tần thay đổi tần số tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều tần dùng kĩ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức tần số có thể tượng trưng cho mức 0 và một tần số khác tượng trưng cho mức 1. Sự thay đổi tần số sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Bên máy nhận lấy mẫu của tín hiệu, nó sẽ xác định tần số của sóng, và tùy thuộc vào giá trị tần số, máy nhận sẽ xác định giá trị nhị phân. Hình 1.5 dưới đây sẽ mô tả làm thế nào một dạng sóng cụ thể mô tả ký tự K của bảng mã ASCII dùng kĩ thuật điều tần. Mức tần số nhanh hơn được diễn dịch như mức 1 và mức tần số thấp hơn được diễn tả như mức 0. Hình 1.5 Mẫu điều chế tần số FSK Nhận xét: - ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn ASK - Có thể sử dụng sóng radio cao tần (3-30MHz) (ví dụ mạng LAN sử dụng cáp đồng trục) 3. Điều chế pha Mã hóa PSK 7 Chương 1: Tổng quan về PLC Kĩ thuật này sẽ thay đổi pha của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều pha dùng kĩ thuật thay đổi trạng thái, trong đó một pha dùng để mô tả mức 0 và một pha khác dùng để mô tả mức 1. Sự thay đổi trạng thái của pha sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Khi máy nhận lấy mẫu tín hiệu, nó sẽ xác định pha và trạng thái của mức. BPSK (Binary phase shift keying) Hình 1.6: Mẫu điều chế BPSK Hình1.6 mô tả làm tthế nào một dạng sóng có thể mô tả ký tự K dùng kĩ thuật điều pha. Pha thay đổi đầu chu kỳ dùng để mô tả giá trị nhị phân là 1. Nếu pha không thay đổi ở đầu chu kỳ thì mô tả giá trị 0. Một cách tiêu biểu, bên máy nhận sẽ lấy mẫu tín hiệu và so sánh pha của mẫu hiện hành với pha trước đó và xác định sự khác nhau. Sự khác nhau trong pha (lệch pha) sẽ được dùng để xác định giá trị mức. QPSK (Quadrature PSK) Thay vì dùng 2 pha để xác định giá trị nhị phân, bốn pha có thể được dùng. Mỗi pha trong bộ bốn này có thể dùng để mô tả hai giá trị nhị phân (00,01,10,11) thay vì chỉ một (0 hoặc 1), như vậy sẽ giúp ngắn thời gian truyền. Hình 1.7 dưới đây mô tả ký tự K trong bảng mã ASCII, có thể được mã hóa và truyền dùng kỹ thuật này. ở đây có ít chu kỳ lấy mẫu hơn hình vẽ trước. 8 Chương 1: Tổng quan về PLC Hình 1.7:Mẫu điều chế QPSK Ngoài ra có thể sử dụng: - Nhiều pha hơn: 8 pha - biểu diễn cho 3 mức - Kết hợp pha và biên độ(QAM): Với mỗi pha, tín hiệu có thể nhận nhiều mức biên độ. 4. Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) Công nghệ này được trung tâm nghiên cứu CCETT (Centre Commun d’étude en dediffution et Telecomunication) của Pháp phát minh nghiên cứu từ đầu thập niên 1980. ý tưởng chính trong kĩ thuật OFDM là việc chia lượng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý. OFDM tạo ra lưới theo thời gian và tần số. Mỗi hình chữ nhật là một kênh độc lập và có thể cấp cho những người sử dụng khác nhau. 9 Chương 1: Tổng quan về PLC Hình 1.8: Kĩ thuật điều chế OFDM Trong kiểu OFDM truyền thẳng, những sóng mang được lọc ra riêng để đảm bảo rằng không có chồng phổ, bởi vậy không có hiện tượng giao thoa kí hiệu ISI (Inter Symbol Interference) giữa những sóng mang những hiệu quả quang phổ chưa cao. ảnh hưởng giữa các symbol -ISI là do các tiếng vọng từ một symbol nhất định (gọi là vùng symbol N) sẽ ảnh hưởng đến symbol tiếp theo (gọi là symbol N+1). Công nghệ OFDM khắc phục vấn đề ISI bằng cách sử dụng khoảng thời gian bảo vệ (Guard Interval -GI period) tại đoạn bắt đầu của symbol. Khoảng thời gian bảo vệ chính là phần symbol bị ảnh huởng bởi ISI cũng khoảng dữ liệu tiếp theo khoảng bảo vệ chính là khoảng tới tin. 10