Σχεδίαση Βέλτιστων Σημάτων Για Την Μετάδοση Ευρυζωνικών Πληροφοριών Διαμέσου Του Δικτύου Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η χρήση των εσωτερικών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων κτηρίων για τη μετάδοση δεδομένων και φωνής παρουσιάζει υψηλό ενδιαφέρον. Το κύριο πλεονέκτημα των τηλεπικοινωνιών μέσω των γραμμών τάσης είναι ότι εκμεταλλεύονται την υφιστάμενη καλωδίωση των κτηρίων, παρέχοντας έτσι μια ενσύρματη τηλεπικοινωνιακή λύση εναλλακτική του συνδρομητικού βρόχου. Από την άλλη, η χρήση των γραμμών ηλεκτροδότησης ως τηλεπικοινωνιακού μέσου αποτελεί πρόκληση εξαιτίας των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του θορύβου, της εξασθένησης και της διάδοσης πολλαπλών διαδρομών. Συνυπολογίζοντας το θόρυβο και την εξασθένηση των γραμμών τάσης, η ζώνη 1 - 30MHz θεωρείται ιδανική για τη λειτουργία τηλεπικοινωνιακών συστημάτων μέσω του ηλεκτρικού δικτύου. Εντούτοις η συχνοτική αυτή περιοχή χρησιμοποιείται από ραδιοερασιτέχνες, διεθνείς ραδιοφωνικές εκπομπές, και από πλήθος επικοινωνιακών δικτύων (στρατιωτικά, αεροναυτικά, κλπ.), οπότε ελλοχεύει ο κίνδυνος παρεμβολής με άλλους χρήστες. Έτσι η ισχύς των υψίσυχνων σημάτων που εγχέονται στο ηλεκτρικό δίκτυο δεν θα πρέπει να υπερβαίνει συγκεκριμένα όρια που συμβιβάζουν την απαίτηση για χαμηλή παρενόχληση και αξιόπιστες επικοινωνίες μέσω των γραμμών τάσης.Στην παρούσα διατριβή προτείνεται ένα αμιγώς ψηφιακό σύστημα για εκπομπή- λήψη δεδομένων (πομπός- δέκτης) πάνω από ένα οικιακό ηλεκτρικό δίκτυο. Το σύστημα υιοθετεί ορθογωνική διαμόρφωση διαίρεσης συχνότητας (OFDM) για την καλύτερη αντιμετώπιση της επιλεκτικής ως προς τη συχνότητα εξασθένησης του διαύλου και του φαινομένου των πολλαπλών διαδρομών. Η σχεδίαση πομπού και δέκτη βασίζεται στην τεχνολογία Software Defined Radio- SDR και χρησιμοποιούνται ολοκληρωμένα chip FPGA (Field Programmable Gate Arrays). Έπειτα από μια σύντομη παρουσίαση της τεχνολογίας SDR, αναλύεται η λειτουργία του συστήματος. Παρέχονται προσομοιώσεις της λειτουργίας του συστήματος σε περιβάλλον Matlab ενώ παρουσιάζονται και οι πρώτες πειραματικές δοκιμές σε πραγματικό περιβάλλον. Ως κανάλι χρησιμοποιούμε για αρχή ένα απλό ομοαξονικό καλώδιο. Στο σημείο αυτό δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στο θέμα του συγχρονισμού πλαισίων μεταξύ πομπού και δέκτη, στο ζήτημα δηλαδή της ακριβούς ανάκτησης των εκπεμπόμενων πλαισίων του πομπού από το δέκτη. Στη συνέχεια εξετάζουμε κατάλληλες διατάξεις προσαρμογής του συστήματος στο κανάλι των γραμμών ηλεκτροδότησης, την επίδρασή τους στην επίδοση του συστήματος και προτείνονται βελτιώσεις. Έπειτα παρουσιάζεται η λειτουργία του συστήματος σε ένα πραγματικό δίκτυο γραμμών τάσης. Προτείνονται διάφορες παραλλαγές του αρχικού συστήματος, οι οποίες δοκιμάζονται σε διαφορετικούς διαύλους, και αξιολογούνται από δείκτες επίδοσης όπως ο ρυθμός μετάδοσης και ο ρυθμός λαθών. Οι επιδόσεις των διαφόρων παραλλαγών του τηλεπικοινωνιακού συστήματος παρουσιάζονται συγκριτικά και παρέχεται πλήρης θεωρητική επεξήγησή τους.