Power line communication (PLC) technology transforms existing electrical wiring into a data transmission medium, enabling ارتباطات خط برق پرسرعت بدون گذاشتن زیرساخت کابلی جدید در حالی که این رویکرد مزایای هزینه قابل توجهی را ارائه می دهد، شبکه الکتریکی هرگز با در نظر گرفتن یکپارچگی داده ها طراحی نشده است. نتیجه یک کانال ارتباطی است که در معرض رگبار بیامان تداخل است، از تغییر گذرا و هارمونیکهای موتور گرفته تا تداخل شبکهای و تشعشعات الکترومغناطیسی محیط.
نویز در یک سیستم PLC باند پهن یک پدیده واحد نیست. این ترکیبی از انواع تداخل چندگانه است که هر کدام دارای ویژگی های فرکانس متمایز، منابع و استراتژی های کاهش است. درک این پیچیدگی اولین قدم به سوی استقرار یک شبکه PLC با کارایی بالا است. این راهنما یک رویکرد ساختاری و فنی برای شناسایی، اندازهگیری و سرکوب منابع نویز اولیه که عملکرد PLC باند پهن را کاهش میدهند، ارائه میکند.
درک دسته های نویز در محیط های خطوط برق
قبل از انتخاب هر روش کاهش، مهندسان باید محیط نویز را مشخص کنند. PLC پهن باند معمولاً در محدوده فرکانس 1 مگاهرتز تا 100 مگاهرتز کار میکند، جایی که مکانیسمهای تداخل به طور قابلتوجهی با مکانیسمهایی که در سیستمهای فرکانس صوتی یا باند باریک مشاهده میشوند متفاوت است. چهار دسته نویز اصلی بر این طیف تسلط دارند.
نویز پس زمینه رنگی
این نویز سطح پایین و پهنای باند از روی هم قرار گرفتن چندین منبع تداخل کم توان ناشی می شود. چگالی طیفی توان آن با افزایش فرکانس کاهش می یابد، به این معنی که باند 1-10 مگاهرتز شدیدتر از محدوده 50-100 مگاهرتز تحت تأثیر قرار می گیرد. منابع معمولی عبارتند از لوازم خانگی در حالت آماده به کار، مصنوعات سوئیچینگ منبع تغذیه از لوازم الکترونیکی مصرفی، و جریان های نشتی از طریق خازن های انگلی در سیم کشی. کفهای نویز پسزمینه در محیطهای مسکونی معمولاً از -130 dBm/Hz تا -110 dBm/Hz متغیر است.
تداخل باند باریک
تداخل باند باریک به صورت خطوط طیفی مجزا که روی کف نویز قرار گرفته اند ظاهر می شود. انتقال رادیویی آماتور، باندهای پخش موج کوتاه، و منابع تغذیه سوئیچینگ با نوسانگرهای پایدار مقصران رایج هستند. این زنگها میتوانند 40 تا 60 دسیبل بالاتر از سطح نویز پسزمینه باشند و بهطور مؤثری زیرحاملهای خاص PLC را غیرقابل استفاده میکنند. الگوریتمهای بارگذاری بیت تطبیقی میتوانند تداخل باند باریک را با به صفر رساندن زیرحاملهای آسیبدیده کاهش دهند، اما زنگهای قوی مداوم به طور قابلتوجهی توان کلی سیستم را کاهش میدهند.
نویز تکانشی دوره ای همزمان با برق
این تداخل توسط بارهایی ایجاد می شود که همزمان با چرخه برق 50 هرتز یا 60 هرتز سوئیچ می کنند، مانند دیمرهای کنترل شده فاز و درایوهای موتور تریستور. با دو برابر فرکانس شبکه و هارمونیک های آن ظاهر می شود و یک الگوی انفجاری قابل پیش بینی اما بسیار مخرب ایجاد می کند. مدت زمان انفجار معمولاً از 10 میکروثانیه تا چند صد میکروثانیه متغیر است و دامنههای اوج آن میتواند از 50 dBmV در سیمکشی مسکونی تجاوز کند.
نویز تکانشی ناپیوسته
تکانه های غیرپریودیک مخرب ترین دسته نویز هستند. آنها به طور تصادفی رخ می دهند، غیرقابل پیش بینی هستند و می توانند دارای اجزای طیفی باشند که کل باند عملیاتی PLC را در بر می گیرند. سوئیچینگ گذرا از بارهای القایی بزرگ، کنتاکتهای رله و رویدادهای راهاندازی موتور، پیکهایی را ایجاد میکند که به طور معمول به 80 تا 100 dBmV میرسد، که بسیار فراتر از محدوده دینامیکی اکثر گیرندههای PLC است. یک تکانه می تواند ده ها نماد OFDM را به طور همزمان خراب کند.
| نوع نویز | محدوده فرکانس | دامنه اوج معمولی | منبع اولیه |
|---|---|---|---|
| پس زمینه رنگی | 1-100 مگاهرتز | -130 تا -110 دسیبلمتر بر هرتز | منابع کم مصرف را جمع آوری کنید |
| تداخل باند باریک | زنگ های گسسته | تا -60 dBm/Hz | پخش های رادیویی، سوئیچینگ PSU |
| تکانشی دوره ای | هارمونیک شبکه های برق | 30-50 dBmV | دیمرها، درایوهای تریستور |
| ناپیوسته تکانشی | باند کامل PLC | 80-100 dBmV | راه اندازی موتور، تماس رله |
تضعیف سیگنال در خطوط برق: چه چیزی محدوده PLC را کاهش می دهد
تضعیف سیگنال در خطوط برق وابسته به فرکانس و وابسته به توپولوژی است. برخلاف کابل کواکسیال یا جفت پیچ خورده، سیم کشی خط برق برای انتقال جریان 50/60 هرتز طراحی شده است، نه انتشار RF. چندین مکانیسم فیزیکی به تضعیف کمک می کنند.
ضایعات مقاومتی و اثرات پوستی
در DC، مقاومت هادی مکانیسم تلفات اولیه است. با افزایش فرکانس به باند عملیاتی PLC، اثر پوستی جریان را در یک لایه نازکتر در نزدیکی سطح هادی متمرکز میکند و مقاومت موثر را افزایش میدهد. برای یک هادی مسی 2.5 میلی متر مربع، مقاومت AC در 30 مگاهرتز تقریباً 4 تا 6 برابر بیشتر از مقدار DC است. در طول 100 متر، این به 10-15 دسی بل تضعیف اضافی در مقایسه با مورد DC تبدیل می شود.
عدم تطابق امپدانس و بازتاب
امپدانس خط برق بر اساس تعداد بارهای متصل، نوع کابل، جعبه های اتصال و هندسه نصب به طور چشمگیری متفاوت است. امپدانس مشخصه معمولاً از 2 اهم تا 200 اهم در سراسر باند PLC متغیر است، با تغییرات سریع هنگام اتصال یا قطع بارها. هر ناپیوستگی امپدانس یک انعکاس جزئی ایجاد می کند که باعث تداخل مخرب در فرکانس های خاص و ایجاد محو شدن انتخابی فرکانس می شود. این به صورت افت شدید در عملکرد انتقال کانال ظاهر می شود که گاهی اوقات در فرکانس های خاص از 20 دسی بل فراتر می رود.
میرایی ناشی از بار
وسایل متصل به عنوان امپدانس های شنت عمل می کنند که قدرت سیگنال PLC را جذب می کنند. منابع تغذیه حالت سوئیچینگ به دلیل خازن های ورودی خود امپدانس بسیار پایینی در فرکانس های بالا نشان می دهند، اغلب 0.1 تا 10 اهم در سراسر باند PLC. مجموعه ای از کامپیوترها یا تلویزیون های متصل به یک مدار می توانند سیگنال های PLC را در مقایسه با یک خط بدون بار 20 تا 40 دسی بل کاهش دهند. این یکی از دلایل اصلی است ارتباطات خط برق پرسرعت نیاز به تهویه خط اختصاصی در محیط های بار متراکم دارد.
طراحی و انتخاب فیلتر خط PLC
فیلتر خط PLC یک هدف دوگانه دارد: از ورود نویز با فرکانس بالا در خط برق به گیرنده PLC جلوگیری می کند و از نشت سیگنال های PLC به مدارهایی که به آنها تعلق ندارند جلوگیری می کند. طراحی صحیح فیلتر بدون شک تنها تاثیرگذارترین مداخله ای است که برای یک طراح سیستم PLC وجود دارد.
فیلتر پایین گذر در نقطه ورود سرویس
نصب یک فیلتر پایین گذر در نقطه ای که برق شهری وارد ساختمان می شود، نویز ناشی از منابع خارجی را محدود می کند و از بازتاب انرژی شبکه داخلی PLC به شبکه جلوگیری می کند. یک فیلتر نقطه ورودی که به خوبی طراحی شده باشد باید حداقل 40 دسی بل تضعیف بالای 1 مگاهرتز را ارائه دهد و در عین حال امپدانس ناچیز را در فرکانس 50/60 هرتز حفظ کند. چوک های حالت مشترک هسته فریت همراه با خازن های سرامیکی توپولوژی ارجح هستند، زیرا به طور همزمان به تداخل حالت دیفرانسیل و حالت مشترک می پردازند.
سرکوب صدای فرکانس بالا در سطح لوازم خانگی
دستگاه های مولد سر و صدا باید در نقاط ورودی برق خود فیلتر شوند. منابع تغذیه حالت سوئیچینگ رایج ترین مقصر هستند. یک خازن کلاس X که به خوبی در سراسر خط قرار دارد، همراه با یک خازن کلاس Y از هر خط به زمین و یک خفه کننده حالت معمولی، می تواند انتشار گازهای خروجی از منبع سوئیچینگ را 20 تا 40 دسی بل کاهش دهد. گاهی اوقات به این فیلتر EMI در سطح تجهیزات نیز گفته می شود و به ویژه در هنگام برخورد با درایوهای موتور با سرعت متغیر یا سیستم های مبتنی بر اینورتر مؤثر است.
فیلترهای باند استاپ برای تداخل باند باریک
هنگامی که یک تداخل باند باریک مداوم را نمی توان در منبع آن حذف کرد، یک فیلتر ناچ تنظیم شده با فرکانس متخلف می تواند از حامل های فرعی PLC خاص محافظت کند. فیلترهای ناچ در زمینه PLC معمولاً به رد 20 تا 30 دسی بل در پهنای باند چند صد کیلوهرتز می رسند. مبادله این است که فرکانس های فیلتر شده برای انتقال داده در دسترس نیستند و کارایی طیفی در آن بخش باند کاهش می یابد.
استراتژی قرار دادن فیلتر
- ورود خدمات: فیلتر پهن باند پایین گذر که از ورود نویز خارجی و خروج سیگنال جلوگیری می کند، دارای درجه بندی برای جریان سرویس کامل.
- مرزهای زیر پانل: بخش های ایزوله شبکه داخلی را فیلتر می کند تا از آلودگی نویز یک مدار به مدار دیگر جلوگیری کند.
- سمت بار وسایل پر سر و صدا: فیلترهای سطح تجهیزات روی منابع سوئیچینگ، درایوهای موتور و دیمرها.
- نزدیک مودم های PLC: فیلترهای باند گذر با کارایی بالا بر روی باند عملیاتی متمرکز شده اند تا نسبت سیگنال به نویز را در ورودی مودم به حداکثر برسانند.
استراتژی های کاهش تداخل الکترومغناطیسی
تداخل الکترومغناطیسی در سیستم های PLC دو وجه دارد: تداخل هدایت شده که در امتداد هادی خط برق حرکت می کند و تداخل تابشی که از منابع خارجی یا سیم کشی مجاور به خط برق متصل می شود. هر دو مکانیسم باید به طور سیستماتیک مورد بررسی قرار گیرند.
روش های اتصال به زمین و اتصال
یک سیستم اتصال به زمین با طراحی خوب پایه و اساس کنترل EMI است. حلقه های زمینی با فرکانس بالا نویز حالت مشترک ایجاد می کنند که به ویژه برای گیرنده های PLC آسیب رسان است زیرا مستقیماً به سیگنال دریافتی اضافه می کند. همه هادی های زمین در منطقه نصب PLC باید به جای تشکیل حلقه در یک نقطه ستاره واحد همگرا شوند. امپدانس زمین در فرکانس های PLC باید به حداقل برسد. در فرکانس 10 مگاهرتز، حتی یک اتصال زمین کوتاه با 1 میکروهنری اندوکتانس، 63 اهم امپدانس را ارائه می دهد که با امپدانس مشخصه خط برق قابل مقایسه است.
محافظت از تجهیزات حساس
کوپلرهای PLC، مودم ها و مدارهای تزریق سیگنال باید در محفظه های محافظ با کنترل دیافراگم مناسب قرار گیرند. اثر حفاظتی 40-60 دسی بل با محفظه های فلزی که به درستی ساخته شده اند قابل دستیابی است. هر دیافراگم در سپر، چه برای اتصال دهنده ها، تهویه یا نمایشگرها، کارایی را در فرکانس هایی که ابعاد دیافراگم به کسری قابل توجهی از طول موج نزدیک می شود، کاهش می دهد. در فرکانس 30 مگاهرتز، دیافراگم یک سانتیمتری تقریباً 1/1000 طول موج است که تخریب محافظ را محدود میکند. در 100 مگاهرتز، دیافراگم یکسان نشان دهنده 1/300 طول موج است و اثربخشی محافظ شروع به کاهش می کند.
مسیریابی و جداسازی کابل
کابلهای برقی که سیگنالهای PLC فرکانس بالا را حمل میکنند باید از کابلهای سیگنال و سیمکشی کنترل دور شوند. حداقل فاصله 150 میلی متری برای دویدن موازی توصیه می شود. در مواردی که عبور اجتناب ناپذیر است، کابل ها باید در زوایای 90 درجه عبور کنند تا اتصال القایی به حداقل برسد. در محیط های صنعتی با درایوهای موتور بزرگ، فاصله جداسازی 300-500 میلی متر ممکن است برای دستیابی به سطوح نویز قابل قبول ضروری باشد.
طراحی کوپلر فاز و بهینه سازی توپولوژی شبکه
در تاسیسات سه فاز و در ساختمان هایی که مدارها چندین فاز را در بر می گیرند، سیگنال های PLC ارسال شده در یک فاز ممکن است به دستگاه های متصل به فاز دیگر نرسد. کوپلینگ فاز تکنیکی است که برای پر کردن این شکاف و گسترش دسترسی یک شبکه PLC در سراسر تاسیسات الکتریکی استفاده می شود.
نحوه کار کوپلرهای فاز
کوپلر فاز یک شبکه غیرفعال است که معمولاً شامل خازن ها یا ترانسفورماتور می شود که مسیری با امپدانس کم برای سیگنال های PLC بین فازها ایجاد می کند و در عین حال ولتاژ اصلی 50/60 هرتز را مسدود می کند. کوپلرهای فاز خازنی از راکتانس خازن های سری برای جفت کردن سیگنال PLC فرکانس بالا در فازها استفاده می کنند. در فرکانس 10 مگاهرتز، یک خازن 10 nF تقریباً 1.6 اهم راکتانس ارائه می دهد که یک مسیر کوپلینگ کارآمد با حداقل تلفات سیگنال ارائه می دهد. کوپلرهای فاز القایی از یک ترانسفورماتور باند پهن بر روی هسته فریت استفاده می کنند که تطبیق امپدانس بهتر و راندمان کوپلینگ بالاتر را در محدوده فرکانس وسیع تری ارائه می دهد.
از دست دادن درج و راندمان کوپلینگ
یک کوپلر فاز که به خوبی طراحی شده باشد نباید بیش از 3-6 دسی بل تلفات درج در باند عملیاتی PLC وارد کند. جفتکنندهها یا کوپلرهای با طراحی ضعیف با مواد هسته فریت ناکافی میتوانند 15 تا 20 دسیبل اتلاف درج ایجاد کنند و بسیاری از مزیتها را نفی کنند. ترانسفورماتور کوپلینگ باید با اندوکتانس اولیه و ثانویه کافی برای حفظ امپدانس قابل قبول در کمترین فرکانس PLC در حال استفاده، معمولاً در حدود 1-2 مگاهرتز طراحی شود.
توصیه های قرار دادن
- در پنل توزیع اصلی: کوپلرهای فاز در تابلوی توزیع گسترده ترین پوشش شبکه و ساده ترین نصب را فراهم می کنند. آنها اطمینان حاصل می کنند که هر مدار در ساختمان در شبکه PLC شرکت می کند.
- در پانل های فرعی در تاسیسات بزرگ: برای ساختمانهایی که دارای چندین پنل فرعی هستند، یک کوپلر در هر پنل فرعی تضمین میکند که بخش شبکه محلی به طور کامل قبل از ارسال سیگنالها به کوپلر پانل اصلی به هم متصل است.
- اجتناب از نقاط اتصال پر سر و صدا: هرگز یک کوپلر فاز را بلافاصله در مجاورت درایوهای موتور بزرگ یا درایوهای فرکانس متغیر نصب نکنید. صدای سوئیچینگ از این دستگاه ها به طور موثر در تمام فازها توسط کوپلر جفت می شود.
تقسیم بندی شبکه برای کنترل نویز
در محیطهایی با سطوح نویز بالا، تقسیمبندی عمدی شبکه با استفاده از فیلترهای باند گذر بین بخشها میتواند عملکرد را به طور چشمگیری بهبود بخشد. هر بخش یک شبکه PLC مستقل است و یک دستگاه دروازه داده ها را بین بخش ها پل می کند. این معماری از انتشار نویز تولید شده در یک بخش به بخش دیگر جلوگیری می کند. استقرار PLC های صنعتی اغلب از این رویکرد سه بخش استفاده می کنند: یک بخش تمیز برای جمع آوری داده های حساس، یک بخش استاندارد برای شبکه های عمومی و یک بخش ایزوله برای مدارهای مجاور ماشین های سنگین.
مدولاسیون و تکنیک های پردازش سیگنال برای انعطاف پذیری نویز
فیلتر کردن سخت افزار و کاهش فیزیکی ضروری هستند اما به تنهایی کافی نیستند. سیستمهای باند پهن مدرن PLC با وجود کانالهای پر سر و صدا از طریق تکنیکهای پردازش سیگنال تطبیقی تعبیهشده در چیپست مودم، به توان عملیاتی بالایی دست مییابند. درک این تکنیک ها به مهندسان کمک می کند تا تصمیمات بهتری برای پیکربندی سیستم بگیرند.
OFDM و بارگذاری بیت تطبیقی
مالتی پلکسی با تقسیم فرکانس متعامد، باند PLC را به صدها یا هزاران زیر حامل باریک تقسیم می کند. بر اساس نسبت سیگنال به نویز اندازه گیری شده در آن فرکانس خاص، می توان به هر زیر حامل به طور مستقل یک مرتبه مدولاسیون از BPSK تا 4096-QAM اختصاص داد. حاملهای فرعی که تداخل باند باریک شدید یا محو شدن عمیق را تجربه میکنند، مرتبه مدولاسیون پایینتری دارند یا به طور کامل غیرفعال میشوند. این انعطافپذیری به این معنی است که سیستم حداکثر ظرفیت را از کانال موجود استخراج میکند و در عین حال نرخ خطای هدف را حفظ میکند. یک کانال باند پهن معمولی PLC ممکن است از 1024-QAM در 60٪ از حامل های فرعی، 256-QAM در 25٪، سفارشات پایین تر در 10٪ و سکوت در 5٪ باقی مانده به دلیل تداخل پشتیبانی کند.
تصحیح خطای رو به جلو قوی
رویدادهای نویز تکانشی، انفجارهای متوالی نمادهای OFDM را خراب می کنند. سیستمهای PLC مدرن از interleaving همراه با کدهای تصحیح خطای رو به جلو قدرتمند، معمولاً کدهای کانولوشن با طول محدودیتهای 7-9 یا کدهای توربو، برای پخش تأثیر خطاهای انفجاری در بسیاری از کلمات رمز استفاده میکنند. پس از جداسازی در گیرنده، انفجار به الگویی از خطاهای تصادفی مجزا تبدیل می شود که کد FEC می تواند آن را تصحیح کند. با اعماق درهم تنیده ای که به خوبی طراحی شده است که چندین میلی ثانیه را در بر می گیرد، سیستم ها می توانند انفجارهای ضربه ای چند صد میکروثانیه را بدون از دست دادن داده تصحیح کنند.
پوشش تن و دسترسی به طیف پویا
الزامات قانونی در بسیاری از حوزه های قضایی الزام می کند که سیستم های PLC از ارسال در فرکانس های خاص اختصاص داده شده به خدمات رادیویی، مانند باندهای رادیویی آماتور اجتناب کنند. پوشاندن تون، حامل های فرعی مربوطه را به طور کامل حذف می کند و از تداخل در خدمات خارجی جلوگیری می کند. علاوه بر این، دسترسی به طیف پویا به سیستم PLC اجازه می دهد تا کانال را اسکن کند و به طور مستقل فرکانس هایی را که در حال حاضر توسط تداخل باند باریک قوی اشغال شده اند شناسایی کرده و اجتناب کند. این فرآیند معمولاً به طور مداوم اجرا میشود و هر چند ثانیه یک بار در محیطهایی که الگوهای تداخل به طور مکرر تغییر میکنند، نقشه آهنگ را تطبیق میدهد.
ARQ هیبریدی و پروتکل های ارسال مجدد
حتی با FEC قوی، از دست دادن گاه به گاه بسته زمانی رخ می دهد که رویدادهای تکانشی به ویژه شدید باشند. درخواست تکرار خودکار هیبریدی FEC را با انتقال مجدد انتخابی ترکیب می کند. هنگامی که یک بسته نمی تواند توسط FEC اصلاح شود، گیرنده درخواست ارسال مجدد تنها بسته خراب شده را به جای کل ارسال می کند. پیادهسازیهای مدرن از ترکیب تعقیب یا افزونگی افزایشی استفاده میکنند، که در آن بستههای ارسالشده مجدد با اولین نسخه دریافتی ترکیب میشوند تا احتمال رمزگشایی موفقیتآمیز را بهبود بخشند، و بهجای کنار گذاشتن تلاشهای ناموفق، به طور مؤثر از همه نسخههای دریافتی دادهها استفاده میکنند.
اندازه گیری و تشخیص نویز در تاسیسات PLC
کاهش موثر نویز نیاز به اندازه گیری دقیق دارد. شهود و فرضیات اغلب منجر به تشخیص اشتباه، هزینه های هدر رفته فیلتر و مشکلات عملکردی مداوم می شود. یک رویکرد اندازهگیری سیستماتیک، هم مکانیسم نویز غالب و هم منبع نویز اصلی را قبل از انتخاب هر سختافزار کاهش شناسایی میکند.
ابزارهای اندازه گیری ضروری
- آنالایزر طیف با کوپلینگ مناسب: یک آنالایزر طیف کالیبره شده که از طریق یک آداپتور کوپلینگ و ترانسفورماتور جداسازی به خط برق متصل می شود، چگالی طیفی نویز کامل را نشان می دهد. اندازه گیری ها باید با بارهای متصل و جدا شده انجام شود تا سهم تک تک وسایل مشخص شود.
- اسیلوسکوپ با پهنای باند بالا: یک اسیلوسکوپ با پهنای باند 200 مگاهرتز یا بیشتر، ویژگیهای حوزه زمانی رویدادهای نویز ضربهای، از جمله دامنه، مدت زمان و نرخ تکرار را ثبت میکند. تحریک رویدادهای تکانشی امکان توصیف دقیق بدترین تداخل را فراهم می کند.
- آنالایزر کانال PLC: تجهیزات اختصاصی آزمایش PLC عملکرد انتقال کانال، تضعیف در برابر فرکانس و نرخ داده قابل دستیابی را تحت شرایط نویز فعلی اندازه گیری می کند. این یک ارزیابی مستقیم از عملکرد سیستم را فراهم می کند.
- متر کیفیت برق: اعوجاج ولتاژ شبکه، محتوای هارمونیک و رویدادهای گذرا را که با منابع نویز PLC مرتبط است و به اولویتبندی تلاشهای کاهش کمک میکند، اندازهگیری میکند.
شناسایی منبع نویز سیستماتیک
موثرترین روش تشخیصی به دنبال فرآیند حذف است. با اندازه گیری نویز با تمام بارهای جدا شده از مدار مورد آزمایش شروع کنید. این سطح نویز پایه را ایجاد می کند که توسط شبکه و خود سیم کشی ایجاد می شود. بارها را یکی یکی دوباره وصل کنید و بعد از هر بار اضافه کردن سطح نویز را اندازه گیری کنید. بارهایی که باعث افزایش قابل توجهی در کف نویز می شوند، اهداف کاهش اولیه هستند. در عمل، معمول است که یک قطعه واحد مسئول اکثر مشکل نویز PLC باشد.
تفسیر نتایج اندازه گیری
یک کف نویز که 3 تا 5 دسی بل در هر اکتاو بالاتر از حداقل باند PLC کاهش می یابد، با نویز پس زمینه رنگی سازگار است. قله های طیفی گسسته تداخل باند باریک را نشان می دهد. فرکانس آنها را می توان با منابع تداخل شناخته شده مانند هارمونیک های نوسانگر منبع تغذیه سوئیچینگ یا فرکانس های پخش رادیویی ارجاع متقابل کرد. یک طبقه نویز که تناوب همزمان با فرکانس شبکه را در طول ضبط حوزه زمان نشان می دهد، نشانه نویز ضربه ای دوره ای ناشی از بارهای کنترل شده فاز است. سنبلههای تصادفی با دامنه بالا و بدون تناوب ظاهری، نویز تکانشی غیرپریودیک ناشی از سوئیچینگ را نشان میدهد.
بهترین روشهای نصب برای شبکههای PLC مقاوم در برابر نویز
کاهش نویز زمانی مقرون به صرفه است که از ابتدا در طراحی سیستم ادغام شود نه اینکه به صورت ماسبق اضافه شود. روشهای زیر، زمانی که بهطور مداوم اعمال شوند، تأسیسات PLC را تولید میکنند که عملکرد بالایی را حتی در محیطهای چالشبرانگیز الکتریکی حفظ میکنند.
بررسی سایت قبل از نصب
قبل از التزام به استقرار PLC، یک بررسی سایت با استفاده از یک تحلیلگر طیف دستی و آداپتور کوپلینگ، مناسب بودن سیمکشی موجود را ارزیابی میکند. پارامترهای کلیدی برای اندازه گیری عبارتند از متوسط کف نویز در سراسر باند عملیاتی مورد نظر، وجود و دامنه تداخل کننده های باند باریک، میزان وقوع و دامنه رویدادهای نویز ضربه ای، و تضعیف سیگنال بین مکان های مودم برنامه ریزی شده. اگر تضعیف بین مکانهای کلیدی از 50 دسیبل تجاوز کند یا کف نویز در 10 دسیبل از سطح سیگنال مورد انتظار باشد، اقدامات کاهشی اضافی باید قبل از استقرار برنامهریزی شود.
مدارهای اختصاصی برای زیرساخت PLC
در صورت امکان، مودمهای PLC و دستگاههایی که به آنها خدمت میکنند باید یک انشعاب مدار اختصاصی مشترک داشته باشند که بارهای نویزدار را تامین نمیکند. این امر با حذف مولدهای نویز اولیه از همان بخش سیم کشی تجهیزات PLC، نویز در مدار را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. اگر مدارهای اختصاصی امکان پذیر نیستند، نصب فیلترهای سطح تجهیزات روی تمام بارهای مشترک مدار PLC بهترین گزینه بعدی است.
نظارت منظم بر عملکرد
شرایط کانال PLC با اضافه شدن، حذف یا جایگزینی بارها تغییر می کند. یک سیستم نظارت بر عملکرد که نرخ دادهها، نرخ خطای بستهها و شمارشهای ارسال مجدد را در طول زمان ثبت میکند، روندهای تخریب را قبل از قطع شدن شناسایی میکند. اکثر تجهیزات حرفه ای PLC شمارنده های عملکردی قابل دسترسی SNMP یا API را ارائه می دهند که می توانند به سیستم مدیریت شبکه تغذیه کنند. ایجاد معیارهای عملکرد پایه بلافاصله پس از راه اندازی، تشخیص زمانی که شرایط کانال بدتر شده است و نیاز به مداخله است، آسان می شود.
| تکنیک کاهش | نوع نویز Addressed | بهبود معمولی | پیچیدگی پیاده سازی |
|---|---|---|---|
| فیلتر پایین گذر نقطه ورودی | انجام شده (منبع شبکه) | کاهش 20-40 دسی بل | کم |
| فیلتر EMI در سطح تجهیزات | انجام شده (منبع دستگاه) | کاهش 20-40 دسی بل | کم |
| فیلتر ناچ | تداخل باند باریک | 20-30 دسی بل در فرکانس هدف | متوسط |
| کوپلر فاز | از دست دادن سیگنال متقاطع فاز | افزایش 10-20 دسی بل | متوسط |
| تقسیم بندی شبکه | همه انواع انجام شده | جداسازی 15-30 دسی بل | High |
| بارگذاری بیت تطبیقی (OFDM) | محو شدن نوار باریک | افزایش توان عملیاتی 30 تا 50 درصد | نرم افزار (در سطح مودم) |
| ترکیبی ARQ | تکانشی غیرپریودیک | از دست دادن بسته نزدیک به صفر | نرم افزار (در سطح مودم) |
سوالات متداول
Q1: شایع ترین علت توان عملیاتی ضعیف در نصب PLC باند پهن چیست؟
شایع ترین علت بارهای متصل، به ویژه منابع تغذیه حالت سوئیچینگ در رایانه ها، تلویزیون ها و تجهیزات شبکه است. این دستگاه ها امپدانس بسیار پایینی را در فرکانس های PLC نشان می دهند، قدرت سیگنال را جذب می کنند و به طور همزمان نویز هدایت شده را تزریق می کنند. نصب فیلترهای EMI در سطح تجهیزات روی سنگینترین متخلفان، که از طریق تجزیه و تحلیل طیف با بارهای متصل و قطع متوالی شناسایی میشوند، معمولاً بزرگترین بهبود واحد را در توان تولید ایجاد میکند.
Q2: چگونه بفهمم که در نصب خود به یک کوپلر فاز نیاز دارم؟
اگر دستگاههای روی فازهای الکتریکی مختلف نمیتوانند به طور قابل اعتماد ارتباط برقرار کنند، یا اگر تضعیف سیگنال اندازهگیری شده بین مکانها در فازهای مختلف از 30 تا 40 دسیبل بیشتر شود، به یک کوپلر فاز نیاز دارید. در سیستم های تقسیم فاز آمریکای شمالی و سیستم های سه فاز اروپایی، کوپلینگ فاز تقریباً همیشه برای پوشش PLC کل ساختمان مورد نیاز است. ساده ترین تست تشخیصی اندازه گیری تضعیف کانال به طور مستقیم بین دو مودم PLC است که در فازهای مختلف قرار گرفته اند.
Q3: آیا می توانم از محافظ برق استاندارد به عنوان فیلتر خط PLC استفاده کنم؟
خیر. محافظهای ولتاژ مصرفکننده از وریستورها یا لولههای تخلیه گاز استفاده میکنند که به نویزهای ولتاژ پاسخ میدهند، اما نویز فرکانس بالا پیوسته را که عملکرد PLC را کاهش میدهد فیلتر اندکی یا بدون فیلتر میکنند. علاوه بر این، خازنهای محافظهای ولتاژ اغلب برای بستن گذرا بهجای دفع نویز با فرکانس بالا بهینهسازی میشوند. یک فیلتر خط اختصاصی PLC با چوک های فریتی و خازن های X-Y برای سرکوب موثر نویز در باند عملیاتی PLC مورد نیاز است.
Q4: تضعیف سیگنال برای یک سیستم PLC باند پهن چقدر قابل قبول است؟
اکثر سیستمهای باند پهن PLC میتوانند ارتباطات پرسرعت قابل اعتمادی را زمانی که مجموع تضعیف کانال زیر 50 تا 60 دسیبل باقی میماند، با فرض یک کف نویز معمولی حفظ کنند. بالای 60 دسی بل، توان عملیاتی به طور قابل توجهی کاهش می یابد و قابلیت اطمینان اتصال ممکن است به خطر بیفتد. تضعیف بالای 80 دسی بل به طور کلی از برقراری ارتباط قابل اعتماد بدون تکرار کننده یا زیرساخت اضافی جلوگیری می کند. تضعیف کانال باید در سراسر باند عملیاتی کامل اندازه گیری شود، نه فقط در یک فرکانس، زیرا تابع انتقال معمولاً فرکانس انتخابی بالایی دارد.
Q5: آیا طول کابل خط برق به طور قابل توجهی بر عملکرد PLC تأثیر می گذارد؟
طول کابل از طریق تلفات مقاومتی و اثر پوستی به تضعیف کمک می کند، اما اغلب کمتر از تعداد و نوع بارهای متصل به کابل است. یک مسیر 50 متری با چندین منبع تغذیه سوئیچینگ متصل میتواند تضعیف بالاتری نسبت به دوی 200 متری تنها با بارهای مقاومتی نشان دهد. در عمل، عدم تطابق امپدانس در جعبههای اتصال و نقاط اتصال بار، اغلب بر ویژگی تضعیف دورههای طولانیتر غالب میشود، و به جای رولآف یکنواخت، شیب انتخابی فرکانس را ایجاد میکند.
Q6: آیا می توان از PLC در کنار سایر فناوری های باند پهن در همان سیم کشی استفاده کرد؟
بله، اما هماهنگی لازم است. اگر سایر فناوریها مانند DSL روی یک هادی فیزیکی کار کنند، باندهای فرکانسی آنها نباید با باند عملیاتی PLC همپوشانی داشته باشند. فیلترهای جداسازی نواری که به درستی مشخص شده اند تضمین می کنند که هر فناوری طیف تعیین شده خود را بدون تداخل با سایرین اشغال می کند. در عمل، بیشتر استقرارهای PLC پهن باند مسکونی روی باند 2 تا 86 مگاهرتز با خدمات استاندارد DSL که در مورد VDSL2 زیر 17 مگاهرتز یا برای G.fast کمتر از 35 مگاهرتز کار می کنند، تضاد ندارند، مشروط بر اینکه فیلترهای مناسب در مودم DSL و در نقطه تزریق سیگنال PLC نصب شده باشند.
Q7: سیم کشی در فضای باز یا زیرزمینی چگونه بر سطح صدای PLC تأثیر می گذارد؟
کابلهای زیرزمینی و بیرونی معمولاً سطوح نویز کمتری نسبت به سیمکشی داخلی نشان میدهند، زیرا با منابع تداخل فرکانس بالا مسیریابی مشترک ندارند. با این حال، آنها چالشهای مختلفی را معرفی میکنند: نفوذ رطوبت در نقاط پایانی میتواند امپدانس را تغییر داده و تضعیف را افزایش دهد، و مسیرهای طولانی زیرزمینی میتوانند به عنوان آنتنهای کارآمد برای تداخل فرکانس رادیویی خارجی در محدوده 1 تا 30 مگاهرتز عمل کنند. کابل زیرزمینی محافظت شده با اتصال زمین پیوسته عملکرد PLC قابل توجهی بهتری نسبت به انواع بدون محافظ در کاربردهای فضای باز ارائه می دهد.
