تبلیغات اینترنتیclose
ارتباط از طريق خط قدرت ( PLC )

انواع تکنولوژي PLC

تکنولوژي PLC بر دو نوع است يک نوع آن استفاده در درون خانه Indoor و نوع ديگر اين تکنولوژي Outdoors به منظور کاربرد آن در خارج از منازل است.

Indoor (درون خانه)
در اين نوع تجهيزات PLC همان سيم کشي قدرت الکتريکي داخل خانه است که به عنوان واسط انتقال به کار مي روند، اين تکنيک در اتوماسيون خانگي به منظور کنترل از راه دور لوازم منزل و نيز روشنايي بدون نياز به نصب هيچ گونه سيم هاي کنترلي اضافي به کار مي رود.

Outdoors

براي مثال برنامه هايي که بتوان با آن ها روشنايي معابر شبکه هاي بيروني را کنترل کرد و يا براي عمل مونيتورينگ ( قرائت خودکار ميزان مصرف ) و نظارت خودکار بر شبکه، امکان سرويس دهي به تعداد کاربر بيشتر به طور هم زمان ( سرويس هايي هم چون کنترل مصرف و انتخاب تعرفه براي مشتريان ) استفاده کرد.


مدم خط قدرت چطور کار مي کند

مدم هاي خط قدرت دستگاه هاي خاصي هستند که به PLMs معروف شده اند و براي فراهم سازي يک ارتباط قوي و پر سرعت روي کابل هاي قدرت، در محيط هايي که داراي نويزهاي غيرقابل پيش بيني و تلفات بالا هستند به کار مي روند.
همانند مدم هاي معمولي، يک مدم مناسب براي استفاده در خطوط قدرت نيز بايد بتواند اطلاعات باينري موجود را به سيگنال هايي با مشخصاتي از پيش تعيين شده تبديل کند و به صورت بالعکس نيز بتواند همين سيگنال ها را مجددا به فرم اطلاعات باينري برگرداند ( همانند عمل مدولاسيون / دمدولاسيون ).


بررسي بورد مدارچاپي مدم PLC
تصاويري که در ادامه آورده شده است، نمايي کلي از يک بورد مدارچاپي مدم plc را نشان ميدهد، اين بررسي اجمالي کمک ميکند تا راحت تر به بررسي تراشه مجتمع ST7538 بپردازيم. همان طورکه مي بينيد آي سي ST7538 مستقيما روي بورد مدارچاپي لحيم شده است. اين کار به منظور اتلاف گرما و اتصال بهتر صورت مي گيرد. اين بورد دشوارهاي نوعي ارتباط خط قدرت را برطرف مي کند. از جمله : مدارهاي کوپلينگ ( جفت ساز) خط قدرت، بخش منبع تغذيه، يک ميکروکنترلر و رابط سري RS232 به منظور اتصال بورد به کامپيوتر شخصي بورد مذکور توسط يک برنامه هميشگي وابسته درون ميکروپرسسورST و نرم افزار کامپيوتر شخصي عمل مي کند. تا به عنوان يک مرجع کامل، جنبه هاي اصلي ارتباطات خط قدرت را مشخص کند.
سازه اين بورد به وسيله چندين jumper و test point و تعدادي عناصر SMD نهايي مي شود که اجازه اندازه گيري آسان و تائيد سيگنال، همچنين انطباق سريع بر اساس نيازهاي ويژه را براي آن ميسر مي کند.

پهناي باند روي خطوط قدرت

به معني استفاده از ابزارهاي الکتريکي به منظور فراهم سازي دسترسي به اينترنت مي باشد. هم چنين اين تکنولوژي را با نام (power line communications ( PLC نيز مي شناسند، در اين تکنولوژي اطلاعات با فرکانس بالا را با اضافه کردن آن ها به امواج فرکانس پائين روي خطوط انتقال الکتريکي منتقل مي کند. در اين روش مدم ها، هر کدام از درگاه هاي خروجي الکتريکي درون خانه يا اداره را به کامپيوتر متصل مي کنند.
اين تکنولوژي در اروپا با موفقيت به انجام رسيده است چون ولتاژ اصلي ترانسفورماتورها براي مناطق مسکوني در آنجا بين 220 تا 300 مي باشد. از انجا که ترانسفورماتور هاي 110 ولت در آمريکاي شمالي به کار گرفته شده، در نتيجه تکنولوژي پهناي پاند روي خطوط قدرت به شکل کندتري و تنها براي تعداد معدودي از مصرف کنندگان در حال شکل گيري است.
يکي از مشکلات اصلي استفاده از اين تکنولوژي اين است که خطوط الکتريکي بيروني مورد استفاده محافظت شده نيستند و فرکانس هاي بالاي محافظت نشده ممکن است با ساير سيگنال هاي بي سيم در اتمسفر ( سيگنال هاي راديويي پليس و آمبولانس ها ) تداخل پيدا کنند.

تفاوت سيستم هاي توزيع الکتريکي در آمريکاي شمالي و اروپا در به کارگيري BPL موثر است. در آمريکاي شمالي هر چند خانه به يک ترانسفرمر توزيع متصل شده اند در حالي که در اروپا ممکن است صد ها خانه به يک ايستگاه جزء متصل شده باشند. از آنجا که سيگنال هاي BPL از طريق ترانسفورمر هاي توزيع قابل انتشار نيستند به تجهيزات بيشتري در آمريکاي شمالي نيازمنديم.

اتصال به شبکه توسط پريز برق

دسترسي به اينترنت پر سرعت معمولا به يکي از دو روش : به کارگيري خطوط تلفن براي مشترکين DSL و ديگري استفاده از کابل هاي کواکسيال براي کاربراني که از مدم هاي کابلي استفاده مي کنند، حاصل مي شود.
اما تکنولوژي ديگري نيز پديدار شده است که از آن به عنوان Broadband over power lines يا BPL نام مي برند. ممکن است به زودي نوع سومي از سيم کشي در درون خانه ها پيشنهاد شود.
هدايت پر سرعت اطلاعات آن هم از طريق يک خروجي الکتريکي ( پريز برق ) تاکنون امري غير محتمل به نظر مي رسيد.

فن آوريPLT

تکنولوژي مورد بحث با نام هاي PLCو PLM نيز شناخته مي شود
ابداع سيستم انتقال اطلاعات از طريق شبكه هاي برق و با استفاده از فن آوري
(PLT Power Line Telecommunication) توسط شركت اديسون امكان سرويس دهي بيشتري را به مشتركين از طريق تكنولوژي هاي اطلاع رساني فراهم مي آورد. يك سيستم PLT علاوه بر مودم از سه قسمت اصلي زير تشكيل شده است.
1- تجهيزات ميان بري ترانسفورماتور كه به عنوان كوپلر شناخته ميشود
2- دريچه ورودي به داخل منازل
3- مسيريابهاي ابتدا و انتهائي سرور( the head – end Router server device )
شكل زير شماي كاركرد فن آوري PLT را نشان مي دهد.

فرآيند انتقال اطلاعات در اين سيستم به اين صورت است كه اطلاعات از طريق مسير ياب ابتدائي سرور به مودم جريان مي يابد و در آنجا اين اطلاعات مدوله گرديده و به كوپلر ولتاژ متوسط فرستاده مي شود. در هر ترانسفورماتور توزيع يك كوپلر وجود دارد كه سيگنال مدوله شده را جدا كرده و به جعبه Pole-top مي فرستد. اين جعبه بيت هاي اطلاعاتي را مجددا" مدوله و توليد مي كند و آنها را توسط شبكه فشار ضعيف به مودم هاي تعبيه شده در خانه ها مي فرستد و به اين ترتيب اطلاعات از يك سرور به يك كاربر انتقال مي يابد.
يكي از مشكلات سيستم PLT احتمال تداخل با نويزهاي ناشي از لامپ فلورسنت و تجهيزات خانگي مي باشد. شركت Ambient كه يكي از شركتهاي فعال در زمينه ساخت تلفنهاي سازگار با سيستم PLT مي باشد، اظهار مي دارد كه به دليل اينكه داراي فن آوري PLT در فركانسهاي خيلي بالا (MHZ) مي باشد، هر نويز توليد شده فقط يك اثر پس ماند (residual effect) دارد و هم چنين فن آوري طيف گسترده اين شركت نويز با پهناي كم را حذف مي نمايد.

BPL Modems


مدم هاي BPL از چيپ هاي سيليکوني مخصوصا آنهايي که بيشتربراي بارکردن و تخليه اطلاعات از خروجي هاي جريان الکتريکي به کار مي روند، استفاده مي کنند. استفاده از تکنيک هاي مدولاسيون و الگوريتم هاي انطباق مدم هاي BPL را قادر مي سازد حتي در يک طيف گسترده از نويز خطوط قدرت نيز کار کنند.

مايل آخر

در اصطلاح به آخرين مرحله در انتقال اينترنت ( شبکه BPL ) به سمت مشترکين را مايل آخر مي گويند.
براي مسير پاياني در شبکه هاي BPL راه حل هاي مختلفي پيشنهاد شده است، برخي از شرکت ها سيگنال مورد نظر را توسط الکتريسيته درون خطوط قدرت انتقال مي دهند، در حالي که برخي ديگر با قراردان اتصالات بي سيم ( وايرلس) روي تيرهاي چراغ برق، عمل ارسال اطلاعات به درون منازل را انجام مي دهند.

عرصه هاي تحقيقاتي براي کارآمد سازي مدم هاي خط قدرت

هم اکنون محققان زيادي به دنبال يک مدل مناسب براي شبکه قدرت خانگي ( همانند يک کانال ارتباطي ) هستند. از اين گذشته مشکلات عدم انطباق، تضعيف ( ميرايي ) به شدت به فرکانس وابسته هستند. اين مشکل هم چينين دليل اصلي پاسخ هاي چند گانه ( متفاوت ) ايست که در چنين شبکه هاي انشعابي اتفاق مي افتد.
براي حل اين مشکل و دستيابي به يک نرخ انتقال بالا، دقت در انتخاب نوع مدولاسيون اهميت بالايي دارد. مشهورترين راه حل هاي پيشنهادي استفاده از تکنيک هاي مدولاسيون زير است :


frequency shift keying (FSK)
orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)
code-division multiple access (CDMA)



مدلاسيون FSK اساسا در باند باريک استفاده مي شود و از آنجا که استفاده از آن ثابت کرده است که کاهش تجهيزات کابردي را در پي دارد، مي تواند براي طراحي مدم هاي کم هزينه مناسب باشد.

مدولاسيون CDMA است چون که به کارگيري سخت افزار آن به اندازه هيچ کدام از آن هايي که به مدولاسيون OFDM نيازمند هستند، پيچيده نيست. به هرحال، مدولاسيون CDMA اغلب توسط مشکلات مربوط به ويژگي چند مسيري خطوط مياني قدرت تحت تاثير واقع شده است.

استفاده از تکنيک OFDM مي تواند پهناي باند بيشتري را نتيجه دهد که اين خود يک مشخصه مهم براي آندسته از کمپاني هاي مخابراتي است که مي خواهند سرويس هاي تلويزيون ديجيتال با وضوح بالا را ارائه کنند.

FSK يا frequency shift keying چيست ؟

FSK رايج ترين روش مدولاسيون است که در ساخت مدم هاي PLC براي کاربرد هاي خانگي يا اصطلاحا indoor استفاده مي شود و تقريبا بيشتر مدم هاي PLC که تا کنون توليد شده اند از اين طرح مدلاسيون استفاده مي کنند.

تعريف FSK در سايت whatis.com

ّFSK روشي براي ارسال سيگنال هاي ديجيتال است. اگر دو حالت باينري موجود يعني صفر و يک منطقي را توسط يک شکل موج آنالوگ تعريف کنيد، صفر منطقي در اين روش توسط يک موج با فرکانس خاص و يک منطقي نيز توسط موجي ديگر با فرکانس متفاوت تعريف مي شود. يک مدم FSK اطلاعات باينري موجود در کامپيوتر را به سيگنال FSK تبديل مي کند تا بتوان آن ها را روي خطوط تلفن، کابل ها، فيبر نوري و يا به صورت بي سيم ارسال کرد. اين مدم همچنين ميتواند سيگنال هاي FSK رسيده را نيز به حالت هاي صفر و يک ديجيتال تبديل کند تا کامپيوتر بتواند آن ها را بفهمد.


+ البته در تعريف فوق هيچ اشاره اي به استفاده از روش مدولاسيون FSK براي ساخت مدم هاي PLC نشده است ولي جالب خواهد بود اگر بدانيد مدم هاي PLC که از روش FSK استفاده مي کنند سرعتي تا 100 مگابيت بر ثانيه ارائه خواهند کرد.

يک نکته اي که به طور غير مستقيم در اين تعريف آورده شده اين بود که در روش FSK دو فرکانس حامل خواهيم داشت که سيستم به طور پياپي بين اين دو فرکانس کليد زني مي کند.
در روش OFDM داري چندين فرکانس حامل هستيم که سيستم به روش مالتي پلکس هر بار يکي را انتخاب مي کند.

تعريف روش هاي مدولاسيون ديجيتال FSK در سايت از سايت دپارتمان UCL :

طبق متني که در اين سايت آمده است FSK يکي از روش هاي مدلاسيون ديجيتال است که در آن فرکانس موج سينوسي حامل بر اساس سيگنال پيام تغيير مي کند. از ديگر روش هاي مدولاسيون ديجتال ASK و PSK را مي توان نام برد که در ASK دامنه و در PSK فاز موج حامل تغيير مي کند
در روش FSK از يک حامل ( يا دو حامل ) با فرکانس هاي متفاوت براي 0 و 1 استفاده مي شود. سيگنال مدوله شده منتج ممکن است همچون جمع دو سيگنال دامنه مدوله شده باشد که فرکانس حامل شان متفاوت بوده است.


FSK is classified as wide-band if the separation between the two carrier frequencies is larger than the bandwidth of the spectrums of f1(t) and f2(t). In this case the spectrum of the modulated signal appears as two separate ASK signals. Narrow-band FSK is the term used to describe an FSK signal whose carrier frequencies are separated by less than the width of the spectrum than ASK for the same modulation.

طرح مدولاسيون OFDM

OFDMچون يک تکنيک مدولاسيون يا تکنيک مالتي پلکس فرکانسي به نظر مي رسد. در يک سيستم OFDM اطلاعات توسط تکنيک مختلف ممکن روي ساب کارير هاي باند باريک مدوله شده ( سوار شده ) و منتقل مي شوند. مثلا تکنيک BFSK binary phase) shift keying ) يا تکنيک QAM ( quadrature amplitude modulation) کاربرد زيادي دارند. هرکدام از کانال هاي جزء ( subchannel ) با يک مولفه جداگانه اي مدوله مي شوند. پس از آن فرکانس تمامي ساب کانال ها با استفاده از فرکانس هاي متعامد مالتي پلکس مي شوند تا کارايي کانال را بهبود بخشند. اطلاعات در داخل فرستنده به کمک يک( IFFT ( Inverse Fast Fourier Transform به فرم زماني ( حوزه زمان ) در مي آيند و در گيرنده به کمک يک FFT مجددا به حوزه فرکانس برخواهند گشت. تعداد کل ساب کارير ها برابر است با تعداد نقاط حاصل از IFFT/FFT.


اگر اطلاعات منتقل شده به فرم زير فرض کنيم که در آن کاراکتر N معرف تعداد کل ساب کارير ها باشد




سيگنال زمان گسسته آن پس از اعمال IFFT چنين مي شود که در اين رابطه n عضوي است از بازه [-N/2 , N/2).



در طرف گيرنده به وسيله عمل FFT روي سيگنال دريافتي، اطلاعات بازيابي مي شوند.
چنانچه يک سيگنال محو شود ( از بين برود ) يا اينکه يک سيگنال مزاحم حتي درصد کمي روي ساب کارير ها تاثير بگذارد، توانايي OFDM در مقابل محو شدن فرکانس انتخابي يا تداخل باند باريک افزوده مي شود.

مبدل ها – Converters

در اين روش از فناوري جديدي براي ساخت مبدل هاي ديجيتال به آنالوگ DA و آنالوگ به ديجيتال AD کم هزينه به کمک FPGA و تعدادي عنصر خارجي استفاده شده است. پين هاي خروجي ديجيتال FPGA به عنوان منابع جريان يا ولتاژ استاده مي شوند و يک شبکه RLC پسيو، يک مبدل دلتا - سيگماي زمان پيوسته چند بيتي را راه اندازي مي کند. اين ساختار به طرز موثري هزينه و اندازه مدم PLC را کاهش خواهد داد.

اما مشکل نويز ناخواسته هم چنان باقي مي ماند چون که مبدل ها با وسعت عرض باند نيازمند پردازش نرخ ديناميک بالاتري از ورودي ADC ( شامل سيگنال و نويز ناخواسته ) هستند. راه حل رايج استفاده از يک مبدل نادقيق ( دقت پائين ) که بدنبال آن يک مبدل دقيق قرار گرفته مي باشد. ساختار هر دوي اين مبدل ها مبتني بر flash است. تصوير زير اين ترکيب را نشان مي دهد.

محدوديت هاي قدرت

بخش واسط PLC محيطي پر نويز است و براي سازگاري مغناطيسي ( EMC ) نيازمند تعبيه يک محدود کننده تشعشعات راديويي براي هر يک از خطوط مخابراتي است. اين نکات باعث خواهد شد که محدود کردن توان سيگنال و نرخ سيگنال به نويز به مشخصه هاي با اهميت براي دسترسي به ارتباطي قابل اطمينان از طريق خطوط قدرت تبديل شوند.

به طور کلي خطوط قدرت محافظت شده نيستند لذا مطمئنا امواج الکترومغناطيسي در اطراف خطوط قدرت نيز منتشر خواهند شد. انجمن هاي بين المللي زيادي همچون انجمن IARU ( international amateur radio union ) نسبت به اين قضيه شاکي شده اند، چون آن ها مدعي هستند که انجام امور مخابراتي روي خطوط قدرت خصوصا در اموري که در رنج 1.6 مگاهرتز تا 30 مگاهرتز صورت مي گيرد حتي از اصول ابتدايي استاندارد EMC سرپيچي مي کنند.

مدولاسيون OFDM

فرض کنيد يک پريود از يک موج سينوسي با يکي از فازهاي 0 يا 45 يا 90 يا 135 درجه و دامنه 1 يا 2 داشته باشيم.چون فاز داراي 4 حالت و دامنه داراي 2 حالت است , 8 حالت به وجود مي آيد.يعني مي توانيم 3 بيت را انتقال دهيم.بدين صورت که به جاي 3 بيت اطلاعات, يک پريود موج سينوسي با فرکانسي مشخص(و نسبتا زياد) و با يکي از فازها و دامنه هاي گفته شده در بالا ارسال مي کنيم.

در مدولاسيون OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) تعداد زيادي از اين شکل موج هاي توليد شده در روش QAM با استفاده از Carrier هايي(موج هاي سينوسي با فرکانس بالا) در حوزه فرکانس، به نحوي کنار هم در فرکانس هايي(tone) چيده مي شوند که با وجود تداخل فرکانسي آنها، به علت انتخاب مناسب فرکانس هاي Carrier , امکان جدا سازي آنها به طور کامل وجود دارد.

OFDM يک روش مدولاسيون Multi carrier است. يعني براي ارسال يک پيام از چند Carrier استفاده مي شود. يکي از نقاط ضعف OFDM، نياز به دقت بالاي تطابق فرکانس و فاز درگيرنده و فرستنده است.يعني گيرنده و فرستنده بايد با دقت بالايي سنکرون باشند.
در عمل، چندCarrier در OFDM براي اطلاعات کانال (channel estimation) و چند بيت اضافه براي يافتن و تصحيح خطا اختصاص داده مي شود و اصطلاحا به اين روش COFDMCoded OFDM)) گفته مي شود.

خصوصيت اصلي OFDM , مقاومت بالا در برابر multi path effect است. وقتي سيگنال ارسال مي شود، به علت وجود موانعي مانند ساختمان ها , انعکاس موج از زمين, وسايل نقليه و. .. موجي که به گيرنده مي رسد حاصل ترکيب نمونه هاي تاخير يافته سيگنال اصلي است و به اين اثر multi path effect يا multi path fading گفته مي شود. استفاده مناسب ازعرض باند کانال(spectral efficiency) و مقامت در مقابل تداخل(RF inference) از ديگر مزيت هاي OFDM است.

OFDM قابليت استفاده چندين کاربر از يک محدوده عرض باند را نيزفراهم مي کند (Multiple Access) بدين صورت که به هر کاربر يک سري Carrier toneمخصوص براي انتقال اطلاعاتش اختصاص داده مي شود و کنترل اين اختصاص Carrier (channel allocation) بر حسب تقاضاي کاربرها به عهده لايه MAC (Medium Access Control) است و به دو صورت Static/Dynamic Channel Allocation مي باشد.اگر فرکانس هاي (Carrier tone ها) اخصاص داده شده به يک کاربر در هر دوره زماني عوض شود، در واقع اطلاعات کاربر در حوزه فرکانس توزيع مي شود.

ايده اصلي OFDM از FDM گرفته شده است. هر سيگنال داراي يک sub-carrier بوده که با ديتا مدوله مي شود. در FDM اين فرکانس ها از هم به اندازه مشخصي جدا مي شوند تا از تداخل جلوگيري شود. در گيرنده اين سيگنال ها دمدوله مي شوند. در تصوير زير مي تواند يک FDM را با 9 sub-carrier ببينيد.

در OFDM فاصله بين فرکانس ها کمتر شده و باهم همپوشاني نيز دارند. به علت تعامد بين فرکانس ها با وجود همپوشاني فرکانسي، هيچگونه تداخلي ايجاد نمي شود. بابراين در OFDM از باند فرکانسي بهتر استفاده شده است و پهناي باند باند مورد نياز براي 9 sub-carrier کمتر خواهد شد.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ پنجشنبه 23 شهريور 1391 توسط حميد تلك آبادي