MASTER Communicatie over het distributienet Aertssen, E.R. · XR2211, Exar) the FSK signal is demodulated. To generate the incoming data for the FSKmodulator and to receive the demodulated

MASTER

Communicatie over het distributienet

Aertssen, E.R.

Award date:2000

Link to publication

DisclaimerThis document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Studenttheses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the documentas presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the requiredminimum study period may vary in duration.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

technische universiteit eindhoven

Capaciteitsgroep Elektrische Energietechniek

Communicatie overhet distributienet

door: E.R. AertssenEVf.oo.A.I57

Defaculteit Ele1ctrotechniek van de

Technische Universiteit Eindhoven

aanvaardt gem verantwoorddijkheid

voor de inhoud van stage- en

afstudeerverslagen

Afstudeerwerk verricht o.1.v.:

prof.dr.ir. E.F. Steennisdr. P.A.A.F. Wouters

januari 2000

/ department of electrical engineering

Samenvatting

De Nederlandse electriciteits distributienetten worden steeds onduidelijker belast inverband met de opkomst van energie levering door derden. Hierdoor is de behoefteaan informatie over de energiestroom in het distributienet ontstaan. Die informatiekan worden verkregen door stroommetingen op verschillende plaatsen in hetdistributienet uit te voeren (bijvoorbeeld door meting bij elke distributietrafo) envervolgens te verzenden naar een centrale plaats waar de ontvangen informatieverwerkt kan worden. Een vanuit kosten oogpunt effectieve oplossing voor hetdatatransport, is het gebruiken van het distributienet als transmissiemedium. Eenverdere reductie van kosten kan worden verkregen door het toepassen van inductieveinkoppeling omdat er geen electrisch contact nodig is en eenvoudig kan wordenaangebracht.

De beschikbare modulatiemethoden zijn ge'inventariseerd en beoordeeld optoepasbaarheid voor het gebruik in distributienetten. De gebruikte beoordelingscriteriazijn informatiedichtheid, betrouwbaarheid en benodigde bandbreedte. Belangrijkerandvoorwaarden voor de uiteindelijke schakeling zijn: conformiteit met deCENELEC A-band en lage kostprijs.

De onderzochte modulatiemethoden zijn onder te verdelen in conventionele (ASK,FSK, PSK en QPSK) en spread spectrum technieken (FH en PN modulatie). Uit deinventarisatie van de beschikbare modulatiemethoden blijkt dat FSK / FH (FrequencyShift Keying / Frequency Hopping) de meest voor de hand liggende keuze lijkt. Ditwordt bevestigd door de resultaten van het literatuuronderzoek en de inventarisatievan de gebruikte modulatiemethoden van commercieel verkrijgbare produkten.Implementatie van FH modulatie is uitgevoerd in het IC ST7536 (Thompson). Dit ICbleek een, voor deze opdracht, te lange levertijd te hebben zodat gekozen is voor eentussenoplossing namelijk het toepassen van FSK als modulatiemethode.Op basis van een IC (XR2206 van Exar corporation) is een FSK modulator gebouwd.Om voldoende vermogen te kunnen leveren aan het inkoppelcircuit is een versterkergebouwd, op basis van LM3884. Het FSK gemoduleerde en versterkte signaal wordtdoor middel van een resonant circuit (RLC netwerk) ge'injecteerd in de kabel. Er isvoor resonante injectie gekozen om het benodigde vermogen van de versterker tebeperken. Aan het uiteinde van de kabel wordt het signaal door middel van directeuitkoppeling en een smalbandige versterker naar een FSK demodulator gebracht(opgebouwd rond XR2211 van Exar corporation). Voor het genereren van hetingangssignaal voor de FSK modulator en het opvangen van het gedemoduleerdesignaal wordt gebruik gemaakt van een laptop met een digitale interface. Hetprogramma voor de aansturing is m.b.v. Labview ontwikkeld.

Zowel theoretisch als experimenteel blijkt dat de zelfinductie van het secundair circuitbij een belastingsweerstand van on bepalend is voor de ge'injecteerde stroom. Desecundaire stroom is daarbij omgekeerd evenredig met de kabellengte. Bij hogerewaarden van de belastingsweerstand (vanaf enkele Ohm) is deze volledig bepalendvoor de secundaire stroom, die daarmee volledig onafhankelijk wordt van dekabellengte. De grote overeenkomst tussen theorie en experiment duidt aan dat hetgedrag bij korte kabels goed voorspelbaar is. In het vervolg onderzoek moet hetgedrag bij realistische kabellengten worden bepaald. Naar verwachting zijn bijlangere kabels demping en golflengte effecten van belang.

Uit de kennis opgedaan met de metingen zijn richtlijnen te geven voor het ontwerpvan een, voor deze toepassing, sterk verbeterde injectiespoel waarmee praktijktestskunnen worden uitgevoerd. Bij een door praktische overwegingen bepaalde groottewordt de uitvoering bepaald door impedantie aanpassing aan de versterker en eengewenste kwaliteitsfactor van de resonante injectie. Indien bidirectionelecommunicatie gewenst is, kan de injectie spoel worden gecombineerd met eenontvangstspoel. Het is eveneens mogelijk een sensor voor het meten van de (50 Hz)stroom door de kabel te integreren met de injectie spoel.

Uit testen blijkt dat de maximale bitsnelheid voor deze configuratie 2000 bpsbedraagt. De snelheid wordt beperkt door de gekozen frequentieband, resonanteinjectie en het toegepaste detectie circuit voor FSK gemoduleerde signalen (FSKdemodulator). De bitsnelheid van het aanbevolen ST7536 IC bedraagt 600 bps of1200 bps afhankelijk van de instellingen van het IC.

Conc1usie is dat de gebruikte modulatiemethode (FSK) bruikbaar lijkt voortransmissie over het distributienet. Opgemerkt dient te worden dat de behaalderesultaten gelden voor korte kabels. Verder onderzoek moet de waarde van dezemodulatiemethode aantonen bij het gebruik van lange kabels, distributienettransformatoren en stoorinvloeden die het datasignaal beinvloeden.

Summary

The available information on the energy flow in distribution grids becomesquestionable and thus important, if local power generators couple in directly at themiddle voltage level. Controlling the energy flow, therefore, requires knowledge ofthe current at different sites within the grid (e.g. measured at all distributiontransformers), and means of communicating this information to a central sub station,where the data can be processed. A cost-effective solution for data transport inexisting grids would be the use ofthe grid itself as data transmission medium. Toreduce costs further, inductive coupling of the signal is favoured: no direct electricalcontact required, easy to install.

A survey of current communication methods has been made. These methods arejudged on their applicability for data transmission over the distribution grid. Importantfactors are: transmission rate, reliability and bandwidth (conformity with theCENELEC A-band is required). Further, the costs for a measuring/communicationunit should be down scalable in case such a system would be introduced on a largescale.

Basically, the modulation methods can divided into conventional (ASK, FSK, PSK,QPSK) and spread spectrum technologies (FH, PN). A literature survey indicates thatFSKlFH (Frequency Shift Keying / Frequency Hopping) is the most promising choicefor application in distribution grids. Also the (often rather expensive) commercialproducts currently available apply FSKlFH.Implementation ofFH can be performed on basis of a Thompson modem IC (ST7536)for which an electronic circuitry has been designed. Due to the late availability of thisIC, a provisional system has been developed, based on only FSK, but with freedom tochoose the modulation frequency over a wide range.Based on a function generator IC (XR2206, Exar) a FSK modulator has been built. Apower amplifier (LM3884, National Semiconductor) was designed to drive theinductive injection circuit. In order to limit the power required, a resonant injectioncircuit was applied (series RLC-circuit). The power required, as compared to directcoupling, is reduced by the quality factor. However, implementation ofFH iscomplicated by the need of switching the series capacitor to guarantee resonance forthe various modulation channels.At the receiving end, the signal is coupled out directly at the termination of the testcables, and is amplified by means of a narrow band amplifier. Using a PLL (based onXR2211, Exar) the FSK signal is demodulated.To generate the incoming data for the FSK modulator and to receive the demodulateddata for the tests, a laptop with a digital interface is used. A computer program hasbeen developed using Labview.

Experiments were performed on short cables terminated with a real impedance. Incase of a shortcut (R=O Q) the current is well described by the self-induction of thecable and is inversely proportional to the cable length. At higher impedance (as froma few Ohm) the terminating impedance fully determines the injected cable current.

The agreement between experimental results and calculation shows that, for therelatively short cables tested, the behaviour can be predicted easily. Future attentionshould however be focused on realistic cable lengths for which signal attenuation andwavelength effects are of importance in order to judge the distribution grid as amedium for communication.

From the experiments, guidelines are obtained concerning the design of a prototypeinjection coil. The space available for the coil determines its size. Given the desiredcommunication frequency, quality factor and output impedance of the drivingamplifier the series capacitance and resistance of the injection circuit and the numberofturns can be calculated. The injection coil can be integrated with a receiving coil ifinductive de-coupling of the signal is desired in case ofbi-directional communication.Also a measuring coil for the 50 Hz cable current can be incorporated in the sensor.

In the experiments the maximum bit rate was about 2000 bps. The bit rate is limitedby the chosen bandwidth, the quality factor of resonant injection and the detectioncircuit for FSK modulated signals. The standard bit rates of the ST7536 Ie to be usedare 600 bps and 1200 bps depending on its settings.

It is concluded that the FSK method seems a promising communication method forthe distribution grid. However, the results are valid for short cables only and shouldstill be confirmed for a realistic grid with long cables (up to 10 km), transformers andin an enviroment with interference coupling in.

Inhoudsopgave

I. INLEIDING 1

1.1 DOELSTELLTNG 11.2 AFBAKENING 1

n. INVENTARISATIE COMMUNICATIEMETHODEN EN PRODUKTEN 3

2.1 CONVENTIONELE COMMUNICATIEMETHODEN 32.1.1 Amplitude Shift Keying (ASK) 42.1.2 Frequency Shift Keying (FSK) 52.1.3 Phase Shift Keying (PSK) 52.1.4 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) 6

2.2 SPREAD SPECTRUM TECHNOLOGY 82.2.1 Frequency Hopping (FH) 82.2.2 PseudoNoise modulation (PN-modulation) 9

2.3 INVENTARISATIE VAN PRODUKTEN VOOR DATACOMMUNICATIE OVER HET DISTRIBUTIENET .. 1O

III. KEUZE COMMUNICATlEMETHODE EN ONTWERP SCHAKELING 11

3.1 GEKOZEN COMMUNICATIE METHODE 113.2 OPTIES VOOR REALISATIE 123.3 GEREALISEERDE SCHAKELTNG 12

3.3.1 FSK modulator 123.3.2 Versterker 133.3.3 1nkoppelcircuit 143.3.4 Uitkoppelcircuit 173.3.5 FSK demodulator 18

3.4 AANSTURING SCHAKELING 193.5 COMMUNICATIEPROTOCOL EN FOUTCORRECTIE 20

IV. MEETRESULTATEN 23

4.1 METINGEN AAN DIVERSE KABELS 234.2 VERKLARING GEMETEN WAARDEN 254.3 TESTEN CONFIGURATIE MET AANSTURING EN UITLEZTNG 28

V. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 29

5.1 CONCLUSIES 295.2 AANBEVELTNGEN 29

5.2.1 Rogowskispoel 305.2.2 Versterker 305.2.3 Communicatiemethode 30

LITERATUURLIJST 33

BIJLAGE I: PRODUKTENOVERZICHT 35

BIJLAGE II: INVENTARISATIE BESCHIKBARE IC'S 39

BIJLAGE III: DOCUMENTATIE LABVIEW 41

BIJLAGE IV: SCHEMA ST7536 45

BIJLAGE V: VERSLAG LITERATUURONDERZOEK 47

BIJLAGE VI: SCHEMA'S MET COMPONENTWAARDEN 57


I. Inleiding

In Nederland ligt circa 90000 kilometer middenspanningskabel, deels in ringen, deelsvermaasd vanuit onderstations. Het aantal ringen/vermazingen wordt geschat op 8000,met een gemiddelde lengte van ruim tien kilometer. Verdeeld over deze afstand zijn erzo'n tien hoogspanningsruimten met distributietransformatoren (midden spanning /laag spanning), van waaruit het achterliggend gebied wordt gevoed.

Door recente ontwikkelingen, zoals gebruikers die tevens leverancier zijn, is het zichtop de feitelijke energiestroom in het distributienet beperkt. Een (te) hoge belasting ineen deeI van een ring kan bestaan zonder een verhoogde energie afname vanuit hetonderstation. Hierom bestaat belangstelling voor een systeem waarmee dezeinformatie beschikbaar wordt. Vanwege de veelheid aan hoogspanningsruimten (circa80000) is een lage kostprijs per in zo'n ruimte geplaatste "unit" een vereiste. Om dekosten verder te drukken wordt, gedacht aan communicatie vanuit de units naar eencentraal punt te laten plaatsvinden via het middenspanningsnet zelf.

1.1 Doelstelling

Middenspanningskabels zijn ontworpen voor energietransport, niet voorcommunicatie. Dit impliceert allerlei beperkingen in transmissie-eigenschappen.Bovendien moet het signaal dat de informatie bevat, onder hoogspanning worden inen uitgekoppeld.

Doe! van dit rapport is het verschaffen van inzicht in de mogelijkecommunicatiemiddelen en modulatietechnieken, een keuze te maken en deze te testen.Een optimum wordt gezocht op basis van de onderstaande randcondities:

Capacitief of inductief in/uitkoppelen van het signaal.Transmissie over drie-fasen kabel, aan beide zijden afgesloten methoogspanningstransformatoren.Toegestane frequentiebereik 9-95 kHz, amplitude maximaal 10V (CENELEC EN50065).Indien een dergelijk systeem aIleen wordt toegepast voor het uitvoeren vanstroombewaking, kan worden volstaan met een lage informatiedichtheid (ordeenkele bits per minuut).Indien autonome voeding wordt overwogen dan is een laag energieverbruik vande zend/ontvang-unit gewenst (gepulst datatransport: bijvoorbeeld 100 ms per 10minuten).

- Indien mogelijk bidirectionele communicatie.

1.2 Afbakening

Naast de technische prestaties van een systeem dat de stroom op een punt meet en dewaarde van de stroom vervolgens via het distributienet verstuurd, is ook de kostprijsvan een dergelijk systeem van belang.


Dit gezien het grote aantal middenspanningsruimten die zouden moeten wordenuitgerust. Hieruit kan onder meer de wenselijkheid voortvloeien dat een dergelijksysteem autonoom kan worden gevoed. Wanneer een dergelijk systeem op beperkteschaal wordt ingezet zijn de kostenaspecten minder van belang.

Dit rapport richt zich met name op het tot stand brengen van communicatie over hetdistributienet. Sensoren voor het meten van de stroom alsmede de overwegingen vooreen systeem met een autonome voeding zijn in dit rapport buiten beschouwinggelaten. Deze onderwerpen zijn beschreven in een rapport over een voorstudie naar dehaalbaarheid van communicatie via het distributienet [Wouters99]. Een aantal van dein dat rapport genoemde punten zijn als uitgangspunten voor deze afstudeeropdrachtgehanteerd.

In eerste fase zijn de communicatiemethodieken geYnventariseerd die momenteeltoegepast worden (niet alleen op distributienet niveau maar ook via laagspanning).Deze zijn beoordeeld op modulatiemethode, betrouwbaarheid en informatiedichtheid(hoofdstuk II). Een optimale keuze van communicatiemethode is gemaakt metinachtneming van de genoemde condities. Deze keuze is expliciet uitgewerkt engeevalueerd in een elektronisch circuit. Dit circuit is onderverdeeld in een aantalelementen namelijk: een modulator, versterker, inkoppe1circuit, smalbandigeversterker, demodulator en aansturing (hoofdstuk III).De met de gerealiseerde schakeling gemeten resultaten zijn vervolgens getoetst aan detheorie (hoofdstuk IV). Daama zijn conc1usies getrokken t.a.v. de gekozencommunicatiemethode en worden aanbevelingen en suggesties gedaan t.b.v. verderonderzoek (hoofdstuk V).

2


II. Inventarisatie communicatiemethoden en produkten

Voor een communicatiemethode is het van belang een onderscheid te maken tussen dete verzenden informatie ook weI de data genoemd (analoog of digitaal) en deuiteindelijke methode van transport van deze data (eveneens analoog of digitaal). Dehieronder besproken methoden vallen in de categorie digitale data m(t) (Figuur 2.1),analoog transportsignaal s(t).In dit hoofdstuk worden de diverse modulatiemethoden behandeld met vermeldingvan hun specifieke eigenschappen. Tevens wordt aangegeven voor welketoepassingen de desbetreffende methode geschikt is (op grond van informatie uitliteratuur).In de volgende paragrafen zijn een aantal begrippen gebruikt die eerst kort wordentoegelicht.• Bitrate (R): reciproke tijdsduur van een bit (S-1).• Datasnelheid: aantal bits per tijdseenheid• Communicatiesnelheid: aantal "signaaltoestanden" per tijdseenheid• Bandbreedte (Rr): benodigde frequentiegebied voor het verzenden van data met

een gegeven snelheid.

2.1 Conventionele communicatiemethoden

Waneer een (digitaal) datasignaal verzonden wordt over een transmissiemedium,wordt dit signaal veelal gemoduleerd. Schematisch ziet dat er als voIgt uit:

medium

met)

Modulator ----------.set)

Demodulator ...met)

Figuur 2.1: Eenvoudig model t. b. v. communicatiemethoden

Opmerking: voor de behandeling van de diverse modulatiemethoden is geen modelvoor het overdrachtsmedium beschikbaar.

Dit moduleren kan worden gezien als "switching" of "keying" van de amplitude,frequentie of fase van de draaggolf s(t) tussen twee waarden.De volgende drie (basis) technieken zijn te onderscheiden (Figuur 2.2):o Amplitude Shift Keying (ASK)o Frequency Shift Keying (FSK)o Phase Shift Keying (PSK)

3


o o o

Sinairecode

ASK

FSK

PSK

I 1 II I I II I I II I I II

rI I

I II II II I

~ ~I

~I

V II

I I II I II I II I II I II I I

:AI

~

V I ~ V II I I II I I II I I II I I II I I II I I II

~: /I

~":A fII

I II I

~ V V V ~

Figuur 2.2: ASK, FSK en PSK

2.1.1 Amplitude Shift Keying (ASK)

Het binaire signaal 1 wordt gerepresenteerd door het zenden van een frequentie(draaggolf) met een vaste amplitude en een vaste frequentie gedurende de 'bit-tijd'.Het binaire symbool 0 wordt gerepresenteerd door de draaggo1f gedurende de 'bittijd' uit te schake1en.

{

A. cos(2 . 1r . /c .t)set) =

o

indien binair 1 wordt verstuurd

indien binair 0 wordt verstuurd(2.1)

De bandbreedte (BT) benodigd voor deze modulatietechniek kan als voIgt wordengeschreven:

BT = (1 + r). R (2.2)

Hierbij vertegenwoordigt R de snelheid van verzonden data (bitrate = 1 / Tb met Tb isde bittijd) en is r een parameter is die afhankelijk is van de filteringmethode om hetsignaal te verzenden. Typisch 1igt deze waarde tussen 0 en 1 (0 < r < 1). De benodigdebandbreedte bij deze modulatiemethode is evenredig aan de bitrate. Literatuur

4


[Dostert98] geeft aan dat deze methode gevoelig is voor kleine storingen en / of ruisomdat de informatie is opgeslagen in de amplitude van het signaal.

2.1.2 Frequency Shift Keying (FSK)

Er wordt gebruik gemaakt van twee sinusvormige signalen met gelijke amplitudemaar een verschillende frequentie om de binaire symbolen 0 en 1 weer te geven.

{

A, cos(2· Jr. 11' t)set) =

A . cos(2 . Jr • 12 . t)



De bandbreedte benodigd voor FSK kan als voIgt worden geschreven:

Br = 2 . 111 + (1 + r)· R

met(2.4)

(2.5)

I1f vertegenwoordigt de offset van de te moduleren frequenties ten opzicht van hungemiddelde fe. Wanneer er hoge waarden voor de frequenties worden gebruikt dan isde I1f term dominant voor wat betreft de benodigde bandbreedte (breedbandig FSK).Randvoorwaarde voor datacommunicatie over het distributienet is dat het toegestanefrequentiebereik van 9 tot 95 kHz (CENELEC norm). Door deze voorwaarde is debenodigde bandbreedte voor FSK direct afhankelijk van de bitrate.Groot voordeel van FSK is de frequentiecodering van informatie waarbij defrequentie van de draaggolf niet direct door optredende storingen en ruis beYnvloedworden. Uiteraard wordt de amplitude van het signaal weI beYnvloed door dezestoringen.

2.1.3 Phase Shift Keying (PSK)

Bij PSK wordt een sinusvormige draaggolf met vaste amplitude en frequentiegebruikt, waarbij bij het verzenden van een binaire 0, de draaggolf 1800 in faseverschoven wordt t.o.v. het verzenden van een binaire 1.

{

A, cos(2 . Jr . fc .t + Jr)

set) =

A . cos(2 . Jr . fc .t)



De bandbreedte is gelijk aan de bandbreedte die bij ASK benodigd is, d.w.z. debandbreedte is direct gerelateerd is aan de bitrate.

Br=(I+r).R (2.7)

Deze methode presteert volgens [Dostert97] goed in een omgeving waar de ruis eenGaussiaanse verdeling aanneemt. Het toepassen van deze methode voor communicatieover het distributienet is minder geschikt vanwege het effect van "fase ruis" 1 door eendiversiteit aan storingen. Bovendien is bij deze methode een coherente detectie,gebaseerd op exacte kennis van de fase, benodigd.

I Willekeurige afwijkingen in de fasehoek van een signaa!.

5


2.1.4 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

Variant op PSK is Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Bij deze methode worden2 bits tege1ijk gerepresenteerd en verzonden.

set) =

A . cos(2· 7r . fc· (+ 7r /4)A .cos(2 . 7r . j. . t + 3 . 7r /4)

A . cos(2 . 7r . fc .t + 5 . 7r /4)A .cos(2 . 7r . fc .t + 7 . 7r /4)

indien binair 11 wordt verstuurdindien binair 10 wordt verstuurd

indien binair 01 wordt verstuurdindien binair 00 wordt verstuurd

(2.8)

Bij deze methode wordt beter gebruik gemaakt van de beschikbare bandbreedte. Bijgebruik van vier verschillende fasehoeken voor de draaggo1f (bijv. n/4, 3n/4, 5n/4 en7n/4) kunnen vier verschillende bitparen worden gerepresenteerd (bijv. 00, 01, 10 en11). Het uitgangssignaa1 van deze modulatietechniek is een som van gemoduleerde. .

smussen en cosmussen.Door deze werkwijze ontstaat er een verschil in de bitrate en de te gebruikencommunicatiesnelheid, immers bevat elke periode van s(t) nu 2 bits. Dit impliceert dater efficienter gebruik gemaakt wordt van het transmissiemedium.

Uitbreiding op de hierboven genoemde PSK techniek is het combineren van nog meerfasehoeken met de ASK methode. Hierbij kunnen bijvoorbeeld 12 fasehoeken en tweeverschillende signaal niveaus worden toegepast (Figuur 2.3). Met behulp van dezecombinatie is het mogelijk om 4 bits te representeren in een signaal. Deze techniekwordt veelal toegepast in computermodems.

0010

0111

0100

1100 ______........,- 1111

/1101

0001

0000

Fasereferentiesignaal

1011

Figuur 2.3: PSK en ASK gecombineerd

Het gebruik van een techniek waarbij meerdere bits door een signaal wordengerepresenteerd heeft a1s voordee1, dat de communicatiesnelheid veeI lager kan liggendan de datasnelheid. In het boven genoemde voorbeeld zou de communicatiesnelheideen factor vier lager kunnen zijn dan de datasnelheid (bij QPSK is dit een factor 2).

Dit heeft direct gevolgen voor de benodigde bandbreedte van een dergelijkecommunicatiemethode. De bandbreedte van QPSK is als voIgt uit te drukken:

BT = (~J.R = ( I + r J. RI 2log L

6

(2.9)


Waarbij 1gelijk is aan het aantal bits per symbool en L staat voor het aantalverschillende signaal elementen (bijv. 4 in het geval van QPSK).

Op basis van de bovenstaande gegevens is vast te stellen welke methode het meestefficient gebruik maakt van de beschikbare bandbreedte. Ais parameter hiervoorwordt het quotient van de datasnelheid en de benodigde bandbreedte gebruikt. Hoehoger dit quotient, hoe efficienter de communicatiemethode.

0.50.50.5

Efficientie (r=1)MethodeASKFSK (tlF ~ R)PSKCombinatie methode, waarbijL = 4, 1= 2 1L = 8, 1= 3 1.5L=16,1=4 2L = 32, 1= 5 2.5

Tabel 2.1 Efjicientie communicatiemethode

De bovenstaande tabel geeft de efficientie weer van de diversecommunicatiemethoden in een ideale situatie zonder ruisinvloeden. Bij de vermeldingvan de benodigde bandbreedte voor de hierboven besproken communicatiemethodenis ook steeds uit gegaan van een situatie zonder ruis.

Indien er rekening wordt gehouden met aanwezigheid van ruis, kan uit Figuur 2.4worden afgeleid hoe hoog de waarschijnlijke bitfout is (probability of bit error = biterror rate).

10 IS

10"

10"'

~·il 10"~

D

"~ 10"~"•..~

IO"~

10""

o 1 1 ] 4 S ~ ~ g , ,0 11 11 I] 14 g

(Eb/No) (dB)

Figuur 2.4: Bit error rate (BER) voor ASK, FSK, PSK.

De bit error rate (BER) is in Figuur 2.4 aangegeven als functie van Et/No . Hierbij staatEb voor de hoeveelheid energie per bit en No voor het ruisvermogen per Hertz. Defunctie (Et/No) wordt in verband gebracht met het signaal-ruisvermogen via devolgende relatie:

7


Eb S=

No No·RN = No·BT

Eb S BT~-=_.-

No N R(2.10)

Hierbij is S het totale signaalvermogen, N het ruisvermogen van het signaal, B r debandbreedte van het signaal en R de bitrate.Voor een gegeven communicatiemethode kan de BER worden verlaagd doorverhoging van (Ei/No). Dit kan worden bereikt door het verhogen van de bandbreedte(Br) of door het verlagen van de datasnelheid (R), met andere woorden, door minderefficient gebruik te maken van de bandbreedte.

2.2 Spread Spectrum Technology

Bij de, van oorsprong voor militaire doe1einden ontworpen, spread spectrumtechnologieen wordt de data verspreid over een grotere bandbreedte via hettransmissiemedium verzonden. Vaak worden de bovengenoemde standaardtechnieken(ASK, PSK en FSK) aangepast zodanig dat deze een grotere bandbreedte bestrijken.Door de informatie te spreiden over meerdere frequenties biedt het toepassen van dezetechnologie een robuust systeem tegen allerlei invloeden (ruis en storingen).

Als maat voor de kwaliteit van deze technologie wordt veelal de "processing gain"(PO) gehanteerd. De PO is het quotient van de bandbreedte van het verzonden signaalen de werkelijke bandbreedte van de te versturen data. Indien transmissie in deCENELEC A-band dient plaats te vinden, is een PO van 18 het maximaal haalbare,uitgaande van een datasnelheid van 2400 bits/sec met een maximale bandbreedte van85 kHz [Dostert97].

Een algemeen model voor de spread spectrum methode is in Figuur 2.5 gegeven.

Spreadspectrumgenerator

medium i ~ Izender ------------ ontvanger fitter demodulator

Figuur 2.5: Model spread spectrum technologie

In de paragrafen 2.2.1 en 2.2.2 worden twee verschillende vormen van spreadspectrum technology toegelicht namelijk Frequency Hopping en Pseudo Noisemodulation.

2.2.1 Frequency Hopping (FH)

Frequency Hopping kan worden gezien als een extensie op FSK en wordt om dezereden ook weI M-FSK (modified frequency shift keying) genoemd. Er wordt gebruikgemaakt van verschillende frequenties (draaggolven) die in een bekend en vasttijdschema worden gebruikt om een stroom gegevens te verzenden. Hierdoor wordendelen van de data gerepresenteerd op meerdere frequenties in de transmissieband.Lokale interferenties zowel ruis als "pulsjes" in het spectrum hebben door despreiding van de data slechts een beperkte invloed op de datatransmissie.

8


Frequency Hopping geniet volgens [Dostert97] de voorkeur voor datacommunicatietoepassingen over het distributienet. Het implementeren van deze methode vereist eenuitgebreid synchronisatie mechanisme aan de ontvangende kant i.v.m. het doorlopenvan de verschillende frequenties in een vast ritme.

Een specifieke vorm van FH is een methode waarbij gebruik wordt gemaakt van 4frequentieparen (draaggolven). Bij het versturen van data worden deze frequentiesachtereenvolgens doorlopen.

2.2.2 PseudoNoise modulation (PN-modulation)

Hieronder is de PN modulatie blokschematisch weergegeven.

codegenera.

Data oDataspreader

PSKModulator Versterker

Koppelingtransmissiemedium

Figuur 2.6: Model PN modulatie

De code generator zorgt voor een pseudo random code (PN-code signaal). Doorvermenigvuldiging van dit signaal met de te versturen data, wordt de data over eengrotere bandbreedte verspreid. Vervolgens wordt het verkregen signaal m.b.v. PhaseShift Keying (PSK) en een versterker op het distributienet ingekoppeld.

Volgens [Donaldson85] zijn de signaal-ruis verhouding en de bit error probabilityindien wordt uitgegaan van Gaussische ruis Q(x) als voIgt te schrijven:

SNR:::: I- [(RB.No/2P)+((M -1).RB/3Rc)]

(2.11 )

p =Q.(.JSNR) met 1 oc (y2:Q(x) =-- Jexp -- ·dy&x 2

(2.12)

Verklaring van de gebruikte symbolen:P = vermogen van het ontvangen signaalNo = ruisvermogen per HertzM = aantal actieve zendersRB = data transmissie snelheidRc = bitrate op het transmissiemediumEb = vermogen per ontvangen databit (Eb = P / RB)

p = Waarschijnlijkheid van bit fouten in de gedecodeerde data (BER)

9


In [Donaldson85] is aangegeven dat de gemeten waarden in de testomgeving(laagspanningsnet) overeenkomen met de theoretische waarden (volgens formule 2.5).Volgens [Donaldson85] is deze methode met name geschikt voor "in huis"toepassingen (bijvoorbeeld voor de realisatie van een lokaal netwerk). Voor dezesituatie is een datasnelheid van 9600 bits/sec gehaald.

Een nadeel van deze modulatie methode is dat er uitgebreide synchronisatie hardwareis benodigd. Met name de kosten hiervan zijn groot t.o.v. de andere genoemdemethoden2

•

2.3 Inventarisatie van produkten voor datacommunicatie over het distributienet

Voor het verrichten datacommunicatie zijn een aantal commerciele produktenverkrijgbaar. Deze produkten zijn gei'nventariseerd en zijn weergegeven in bijlage I.

Het blijkt dat voor datacommunicatie over distributienetten vrijwel aIle genoemdeprodukten gebruik maken van frequency shift keying (FSK) of een afgeleide vormhiervan (frequency hopping, S-FSK e.d.).

Naast de in de bijlage genoemde systemen zijn er een aantal integrated circuits (lC's)op de markt die een kant en klare bouwsteen vormen voor het realiseren van eencommunicatie systeem voor distributienetten. Ook hiervan is een inventarisatiegemaakt die is weergegeven in bijlage II.

2 Bij de in de literatuur [Donaldson85] beschreven proefopstelling zijn (60 Hz / 50 Hz) nuldoorgangengebruikt t.b.v. de synchronisatie. Hierdoor zijn de kosten voor het synchronisatiemechanisme gedrukt.

10


III. Keuze communicatiemethode en ontwerp schakeling

Op basis van de in hoofdstuk II genoemde communicatiemethoden en enkeleaanvullende afwegingen die in het rapport [Wouters99] staan vermeld, wordt in dithoofdstuk aangegeven welke communicatiemethode het meest geschikt is voor hetbedrijven van communicatie op het distributienet. Vervolgens worden de ontworpenschema's voor communicatie beschreven.

3.1 Gekozen communicatie methode

Gelet op de methode van inkoppeling en uitkoppeling (inductief en/of capacitief) vanhet signaal is het vrijwel niet mogelijk om gebruik te maken van eencommunicatiemethode waarbij de fasehoek van het signaal de informatie bevat. Bijresonante inkoppeling (zie paragraaf 3.3.3) zullen fasesprongen in het signaal slechtworden gerepresenteerd. Om deze reden is de PSK methode (of afgeleiden hiervan)niet geschikt voor toepassing in deze specifieke situatie.

Uit de in de literatuur beschreven metingen [Chan86, Dostert98, Waldeck98,Hooijen96 en Hooijen98] blijkt dat een signaal op een distributienet sterk wordtbe"invloed door ruis en impulsstoringen. Bovendien zal het signaal worden gedemptdoor invloed van de kabel, impedantiesprongen door het gebruik van verschillendetypen kabel, impedantie van transformatoren e.d.De waarde van de demping is niet constant, maar is onder meer afuankelijk van hettijdstip op de dag, de gebruikte transmissiefrequentie en de afstand van zender totontvanger. Volgens de geraadpleegde literatuur is het gebruik van methoden waarbijde informatie is gerepresenteerd in de amplitude van het signaal (ASK en afgeleidemethoden) niet geschikt voor toepassing in deze specifieke situatie.

In paragraaf 2.3 is geconstateerd dat veel van de bestaande produkten voorcommunicatie over het distributienet gebruik maken van technieken waarbij de datawordt gerepresenteerd door een bepaalde frequentie(s). De keuze van de frequentie(s)die worden gebruikt voor het versturen van de informatie is onder meer beperkt doorde CENELEC norm die voorschrijft dat de band van 9-95 kHz dient te wordengebruikt. Hiernaast kunnen specifieke frequenties juist meer of minder geschikt zijnomdat de demping van distributienet frequentieafuankelijk is. Daar het distributienetop diverse plaatsen sterk verschillend is vormgegeven, is de demping en daarmee dekeuze voor een bepaalde frequentie niet op voorhand eenduidig vast te stellen. Hetinductief of capacitief inen uitkoppelen impliceert wat deze eigenschap betreft eenvoorkeur voor een zo hoog mogelijke frequentie (zie paragraaf3.3.3).

Op basis hiervan en omwille van de kostprij s is besloten om een spread spectrumtechnologie welke is gebaseerd op frequency shift keying toe te passen namelijk:frequency hopping (FH).

11


3.2 Opties voor realisatie

Er is onderzocht welke produkten (IC's) voldeden om de gekozencommunicatiemethode te implementeren. Naast de technische specificatie waaraanhet IC dient te voldoen, waren de beschikbaarheid, kostprijs en eenvoud vantoepassing van belang voor de keuze.De IC's die het meest voor de specifieke toepassing in aanmerking kwamen waren deprodukten van Adaptive Networks Incorparated (AN48), Alcatel (MTC-20585),National Semiconductor (lCSS I00 I, ICSS 1002 en ICSS 10) en ST Microelectronics(ST7536).

Gekozen is voor het IC van ST Microelectronics (ST7536). Deze chip bleek de enigeuit bovengenoemde selectie te zijn die in kleine oplage en met een acceptabele prijsleverbaar was. De levertijd bleek echter te lang voor het realiseren van eenproefopstelling binnen de afstudeeropdracht. Hierom is een tussenoplossinggerealiseerd.

Dit heeft er toe geleid dat er voor de realisatie van het ontwerp is afgeweken van dekeuze om frequency hopping te gebruiken als communicatiemethode. In plaats vanFH is besloten gebruik te maken van FSK als basis voor het gerealiseerde ontwerp.Door FSK op een zodanige wijze te implementeren dat er instelbare frequentiesworden gebruikt, is het werkgebied van de FSK modulator eenvoudig aan te passen.

3.3 Gerealiseerde schakeling

De gerealiseerde schakeling is in Figuur 3.1 blokschematisch weergegeven.

FSKmodulator

Versterker Inkoppelcicuit

Uitkoppelcircuit

FSK demodulator

Figuur 3.1: Blokschematische voorstelling FSK zender/ontvanger

In de onderstaande paragrafen zal er per blok een omschrijving worden gegeven vande funkties en de wijze waarop deze zijn ingevuld.

3.3.1 FSK modulator

De FSK modulator heeft als functie de te verzenden data (bitreeks) te vertalen in eensignaal met een frequentie f[ indien een bit uit de reeks een logische 0 is en eensignaal met de frequentie f2 afgeeft indien een logische 1 moet worden verzonden.

De schakeling die deze functie realiseert, is opgebouwd rond een IC van het typeXR2206 (Exar corparation). Dit IC bevat een Yoltage Controlled Oscillator (YCO) eneen multiplier. Met behulp van dit IC is een functiegenerator te realiseren die over eenbandbreedte van 0.01 Hz tot meer dan 1 MHz, FSK signalen kan genereren.Het IC heeft de mogelijkheid om met twee separate timing circuits te wordenaangestuurd. Die circuits hebben hun eigen frequentie f[ en f2. Deze wordenafhankelijk van de polariteit van het signaal op een van de ingangen van het IC

12


ingeschakeld. Door beide timing circuits zodanig te configureren dat deze eenvariabele (instelbare) frequentie hebben, kan de hele CENELEC A-band wordenbestreken.

De componenten zijn zodanig gekozen dat het bereik van deze FSK modulator tussende 10kHz en 95 kHz ligt. De modulator is voorzien van een versterker met een laagvermogen (1 W) om het de amplitude van het ingangssignaal voor het volgende blok(de versterker die het inkoppelcircuit aanstuurt) regelbaar te maken. Het volledigeschema van de FSK modulator is in Figuur 3.2 weergegeven.

T5

!-----1IIf--------r-----7) fSK_OUTc,

T6

R16

Figuur 3.2: Schema FSK modulator

3.3.2 Versterker

De versterker dient het inkomende, FSK gemoduleerde, signaal zodanig te versterkendat het uitgangssignaal kan worden gebruikt voor de aansturing van hetinkoppelcircuit. Hiervoor is het van belang dat deze versterker een hooguitgangsvermogen heeft en bestand is tegen een inductieve belasting (zie ook devolgende paragraaf over het inkoppelcircuit).

De versterker is gerealiseerd rondom een IC van National Semiconductor LM3886.Dit IC is een audioversterker welke volgens specificaties in staat is om een continuvermogen te leveren van 68 Watt bij een belasting van 40 (piekvermogen maximaal150W). Hiemaast is het IC bestand tegen een kortsluiting naar de voedingsspanningaan de uitgang. Het IC blijkt in staat om over de gewenste bandbreedte (tot 100 kHz)de benodigde versterking te leveren. Bovendien heeft het IC eenoverspanningsbeveiliging aan de uitgang tegen spanningspieken ten gevolge vaninductieve belastingen.

13


Het volledige schema van de opgebouwde versterker is in Figuur 3.3 weergegeven.De versterker is "stereo" uitgevoerd. Dit was niet noodzakelijk voor het beoogde doel,maar in verband met redundantie weI doorgevoerd.

C4

R3

III.-::J~~

9R9

31 c·

+LM3886

VOUT1

GND) y+ tr.~>OUTO

GNDOUT2A

R8 " ,+

y-) 39

y- 'v VS1A S1B

Figuur 3.3: Schema versterker

3.3.3 lnkoppelcircuit

Het inkoppelen van het signaal kan zowel capacitief als inductief geschieden. Vancapacitieve koppeling is in eerste instantie afgezien vanwege de vermoedelijk te durekoppelcondensator die dan voor iedere middenspanningsruimte benodigd is.Bovendien dient ook rekening te worden gehouden met de veiligheid en eenvoud vanhet inkoppe1circuit. Ook hier prevaleert het toepassen van inductieve koppelingvanwege de afwezigheid van elektrisch contact met de kabel.Uitgaande van inductieve koppeling is in Figuur 3.4 een vereenvoudigde weergavegegeven voor de situatie waarin directe inkoppeling wordt toegepast.

Figuur 3.4: Directe inkoppeling

14


De mutuele inductie naar het secundaire circuit (met impedantie Z) van deinjectiespoel en de zelfinductie worden bepaald door de geometrie van de gebruiktespoel, het aantal windingen en door flr bij gebruik van een kern. Deze zijn als voIgt teschrijven:

f.10 (n)Mt = n . f.1r •- ./ ·In -2ff n

en

Lc=n·Mc

OJ .Lt = n 2 • f.1r • Xc (3.1 )

Hierbij is n het aantal windingen, / de breedte, r 1 de binnenstraal en r2 de buitenstraalvan de injectiespoel. R in het bovenstaande schema wordt gevorrnd door deuitgangsweerstand van de aansturende bron (in de praktijk is dit de uitgangsweerstandvan de versterker). XI bedraagt bij /=100 kHz (evenredig met f) en bij een"hanteerbare" grootte van de injectiespoel circa 0.01 Q. Indien de uitgangsimpedantievan de versterker verwaarloosd kan worden t.o.v. de reactantie van de spoel, dangelden de volgende forrnules (verondersteld is dat het inductieve verrnogen in despoel uiteindelijk in de versterker gedissipeerd wordt en dat de koppeling naar hetsecundaire circuit klein is, zodat Z "niet gezien wordt" door het primaire circuit):

V,=j·OJ·Mt·I en (3.2)

De relatie tussen de geYnduceerde spanning en het geleverd verrnogen is als voIgt teschrijven:

(3.3)

R

Uitgaande van een luchtspoel (flr= 1) is een zendverrnogen van 100W benodigd omeen geYnjecteerd signaal niveau te bereiken van 1V (RMS, bij 100 kHz). Hettoepassen van een kern zou dit verrnogen aanzienlijk kunnen verlagen ware het nietdat een dergelijke kern door de 50Hz fasestroom in verzadiging zou kunnen wordengestuurd (flr~ 1). Bovendien is het installeren van een gesloten kern in een bestaandsysteem lastig en kan de kostprijs een probleem opleveren.

Een mogelijkheid om het verrnogen te verkleinen is het toepassen van een resonantcircuit door serieschakeling van een capaciteit C (zie Figuur 3.5). De energie wordt nuniet door de versterker gedissipeerd, maar periodiek opgeslagen in de seriecapaciteitC. In resonantie ziet de versterker aIleen de Ohmse impedantie R.

-----jL__....J

V

Figuur 3.5: Resonante inkoppeling

15


Verondersteld dat het primaire en secundaire circuit zwak koppelen, is voor dezesituatie af te leiden dat:

(3.4)

Z is de totale impedantie van het secundaire circuit, dat wil zeggen transformator pluskabelimpedanties en ook de zelfinductie vanwege de ruimtelijke uitgebreidheid vanhet circuit.De keuze van de kwaliteit (Q) van de resonante schakeling dient niet te hoog gekozente worden. Dit omdat anders een kleine wijzing in de impedantie Z tot een verschovenresonantiefrequentie zou leiden. In de situatie R»(wM/IIZI) geldt bij resonantie:

(3.5)met w·Ie 1 X;Q=--=n- ·f.1r·-

R RUitgaande van een kwaliteitfactor van lOis in deze situatie "slechts" een vermogenvan lOW nodig voor het verkregen van een ge"induceerde spanning van 1V (RMS) bijeen luchtspoel metXt = 0.010.

Bij de keuze van de componenten van het resonante circuit is rekening gehouden metde bandbreedte die benodigd is voor het verzenden van de FSK gemoduleerdesignalen. Voor beide gebruikte frequenties (f1 en f2) dient voldoende opslingeringplaats te vinden. In de praktijk betekent dit, dat het verschil van de gekozenfrequenties (f1 en f2) enkele honderden Hertz bedraagt, zodat beide frequenties binnende bandbreedte van de resonante injectie vallen.

In de proefopstelling is als zendspoel gekozen voor een bestaande Rogowskispoel metde volgende parameters: binnenstraal spoel (Ra): 277 mm, aantal windingen (N): 200en de straal van de spoel (a): 20 mm.Op grond van deze gegevens heeft de gebruikte Rogowskispoel een zelfinductie van:

L = f.10· j.1r . n 2. [Ro - ~(Ro2- a 2)] = 36 f.1H

}vf = f.10· f.1r· n· [Ro - ~(R02 - a 2)]= 0.74f.1H

(3.6)

(3.7)

De waarden van de overige componenten van het resonante circuit kunnen als voIgtgekozen worden: C=200 nF en R=10, zodat theoretisch f= 59 kHz en Q:::::I0 voor detoegepaste Rogowski spoel Met betrekking tot de condensator valt op te merken datdit een type dient te zijn dat bij de gebruikt frequentie (10 - 100 kHz) een grotepiekstroom (tot lOA) moet kunnen verwerken.

I De waarde voor Ro in (3.7) is een kwart van Ro in (3.6), omdat de Rogowski spoel aIs geheel bij detests viennaaI om de kabel gedraaid is.

16


3.3.4 Uitkoppelcircuit

In de meetopstelling is gekozen voor een directe uitkoppeling van het signaal, dat wilzeggen dat het signaal wordt gemeten over een Ohrnse afsluiting van de kabel.In het uitkoppelcircuit is een smalbandige versterker opgenomen om selectief hetopgevangen signaal te kunnen versterken (Figuur 3.6). Uiteindelijk kan gekozenworden voor inductieve of capacitieve uitkoppeling [Wouters99] om het signaal uiteen onder spanning staande kabel te onttrekken.

Vout

Figuur 3.6: Smalbandige versterker

Ter vereenvoudiging zijn C 1 en C2 gelijk genomen (C]=C2=C).

Rl= Q21r . fc .C . AF

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11 )

hierbij geldt dat Q = Ie met fH en!L de frequenties van de -3 dB punten vanIH - fi

het filter. AF is de versterkingsfactor bij fe.

R3AF=

2Rl

Het banddoorlaat gebied van de versterker kan worden verschoven (van fe naar f' e)door aanpassing van R2.

R'2 = R2'( .r: J2 (als AF < 2{! oftewel als R2 « R1) (3.12)Ie

Hierbij blijft de selectiviteit (kwaliteit Q) van de versterker ongewijzigd.

17


Toegepaste waarden zijn R] = 3900, R2 = 1.5 kO, R3 = 32 MOen C = 1 nF zodatAF ~ 40, Q = 5 en /c instelbaar tussen 10kHz en 100 kHz.

3.3.5 FSK demodulator

De FSK demodulator dient te detecteren of een van de gebruikte zendfrequenties (f1

of 6) met voldoende signaalamplitude wordt aangeboden. Vervolgens geeft de FSKdemodulator op basis van de gedetecteerde frequentie een binair signaal (logisch 1 of0) afte geven.

De demodulator is opgebouwd rand de XR2211 (Exar Corporation). Dit IC bevat eenphase-locked loop (PLL) om het inkomende signaal binnen een specifieke band tevolgen. Het IC beschikt hiemaast ook over een detectie mechanisme voor specifiekefrequenties, waardoor het uiterrnate geschikt is voor het demoduleren van FSKsignalen. Het gerealiseerde schema is in Figuur 3.7 weergegeven.

t---------7> g:,~ulated

~~K >)-----+-_-----j II-----"-f'-'-j

Ro

GND

Figuur 3.7: FSK demodulator

De waarden van de diverse componenten zijn met de onderstaande forrnules bepaald.

Ro = Ro + a· Rx1

Co=---Ro· 10

(3.13)

met 0 < a < 1

RI =2 Ro·/o(/1- /2)

CJ=1250.CoRI·(2

(RF + Rl)' RBRsum =..2---..2--

RF+RI+RB (3.14)

CF = 0.25(R,um . Bitrate) (3.15)

18


Hierbij is Sde demping van de PLL (door de leverancier aanbevolen waarde is 0.5) enwordt de bitrate uitgedrukt in (S-l). De gekozen waarde voor de bandbreedte (f2- fd is5 kHz. Door het varieren van Rx is het mogelijk om het werkgebied van hetdetectiecircuit over de gewenste bandbreedte (l0 - 100 kHz) te verschuiven.Het volledige schema met componentwaarden in weergegeven in Bijlage VI.

3.4 Aansturing schakeling

Voor de aansturing van de gehele schakeling (inen uitgangssignalen) is gebruikgemaakt van een laptop uitgerust met een digitale 10 kaart (DAQI200, NationalInstruments). De bijbehorende software (Labview) maakt het mogelijk om m.b.v. eenvisueel gerichte programmeeromgeving digitale signalen te sturen en te ontvangen.Dit softwarepakket is gebruikt voor het aanbieden van een reeks bits (data) aan deFSK modulator en diende daamaast om de door de FSK demodulator afgegevensignalen (eveneens een datastroom) op te vangen en weer te geven.

Het voor dit doel ontwikkelde programma is in Figuur 3.8 afgebeeld.

Ontvan en bitreeks

~ Icommal

~ 1]8strip digital channels • ~ ~~=:§B===fT~Id:J~-,-~-----==8

filll;ne, READ.IIQ}--I-

IPort width I B

Figuur 3.8: Labview programma voor aansturing schakeling

De te verzenden data dient per bit en gescheiden door spaties te worden ingevoerd.Vervolgens worden de afzonderlijke bits naar een uitgang (poort 1) van de I/O kaartgestuurd. Tegelijkertijd worden de ingangen van een tweede poort ingelezen. Dezeingelezen signalen (DATA VALID en DATA) worden via een logisch circuitverwerkt tot een gedetecteerde binaire waarde. Deze waarde wordt als ontvangen bitweergegeven.

{

I indien DATAVALJD & DATA =1Ontvangen bit =

o in aile overige gevallen(3.16)

Deze procedure herhaalt zich voor ieder te verzenden bit.De volledige documentatie van dit programma is afgebeeld in bijlage III.

19


3.5 Communicatieprotocol en foutcorrectie

Indien meerdere zenders (en wellicht ook meerdere ontvangers) worden toegepastdient een communicatieprotocol te worden gebruikt, waarin wordt afgesproken hoe dediverse zenders zichzelf identificeren (en bij meerdere ontvangers voor welkeontvanger de informatie bestemd is). Hiemaast dient afgesproken te worden welkmechanisme wordt gebruikt ter voorkoming van interferentie van signalen afkomstigvan het tegelijkertijd actief zijn van meerdere zenders. De meest eenvoudige methodeter voorkoming van deze situatie is het toepassen van tijdslots voor iedere zender.Hierbij moet weI een tijdreferentie bij de zender aanwezig zijn. Altematief is hettoepassen van "random" tijden, waarbij af en toe data verloren gaat door botsingenvan tegelijk verzonden pakketen. Een derde optie is bidirectionele communicatie,waarbij elke zender verzocht wordt om data te verzenden.

PreambleAdres Adres

Control DATAZender Ontvanger

( )o(

2 bytes 2 bytes 1 byte 1 byte 3 bytes

Figuur 3.9: Eenvoudig communicatieprotocol

)0

In Figuur 3.9 is gebruik gemaakt van een zgn. preamble. Dit is een vast staande reeksbits (16) die aangeven dat er data wordt verzonden en wat tevens kan worden gebruiktdoor de onvanger(s) om het ontvangstcircuit optimaal afte stemmen.Vervolgens wordt het adres van de zender en de ontvanger verstuurd. De in hetvoorbeeld gehanteerde grootte voor deze velden maken het mogelijk om 65536verschillende zenders te onderscheiden en 256 ontvangende stations. De grootte vandeze velden kunnen uiteraard naar wens worden aangepast. Het control veld kanworden gebruikt om aan te geven welk type fout correctie wordt toegepast, hoeveelbytes aan data volgen, etc. Vervolgens wordt de data verzonden.

Om de betrouwbaarheid van de ontvangen inforrnatie te verhogen is het zinvol omfoutcorrectie toe te passen. Uiteraard heeft het toepassen hiervan aileen zin wanneerde geconstateerde fouten ook gecorrigeerd kunnen worden.De opzet van de ontworpen schakeling was om aileen uni-directionele communicatieuit te voeren. Dit houdt in dat de ontvangende zijde niet de mogelijkheid heeft om dezender te verzoeken de data (of een deel hiervan) opnieuw te zenden. In deze situatiemoet worden gekozen voor een foutcorrectie methode waarbij de ontvanger zelf kanconstateren of er bitfouten zijn opgetreden en wat de juiste data dan zou moeten zijn.In het algemeen zijn de volgende methoden te gebruiken om te kunnen constateren ofbepaalde data correct is ontvangen:o Toevoegen van een pariteitbito Longitudinal redundancy checko Cyclic redundancy check

20


De meest simpele vorm van het toepassen van foutcorrectie is het toevoegen van eenpariteitbit aan ieder verzonden byte. Bij a-synchrone communicatie wordt er veelalgekozen om het pariteitsbit er voor te laten zorgen dat het aantal te versturen "I-en" ineen byte een even aantal wordt.Indien een oneven aantal bits wordt verstoord door ruis en/of storing kan dit m.b.v.het pariteitbit door de ontvanger worden gedetecteerd. Ais echter een even aantal bitswordt verstoord is het toevoegen van een pariteitbit niet voldoende.

Een betere methode is het toevoegen van een volledig byte welke de pariteit aangeeftover een aantal bytes ieder met hun eigen pariteitbit. In Figuur 3.10 is dit schematischweergeven. Het pariteitbit per byte wordt nu "vertical redundancy check" (VRC)genoemd en het aan het einde toegevoegde pariteitbyte wordt "longitudinalredundancy check" (LRC) genoemd. Alhoewel het toepassen van zowel VRC alsLRC een verbetering van een factor twee tot vier oplevert ten opzicht van aIleen VRC[Stallings91], kunnen niet aIle voorkomende fouten worden geconstateerd.

Pariteitbit 1 bit 2 bits 3 t.m. 8 bit

byte 1

byte 2

byte 3

byte4tm.N

Pariteitbyte

b11 b 21 R1

b12 b22 R2

bn b23 R3

c1 c2 8 9

Figuur 3.10: Longitudinal Redundancy Check" (LRC)

Een verdere verbetering kan worden bereikt door het toepassen van "cyclicredundancy check" (CRC). De zender genereert voor elk verzonden blok data (frame)een bitreeks, ook weI frame check sequence (FCS) genoemd, en weI zodanig dat hetnu onstane frame (data + FCS) deelbaar is door een voorafvastgelegd cijfer (P). Deonvanger deelt de ontvangen frame (data + FCS) door dit getal en beslist indien er eenrestwaarde overblijft dat de onvangen data een fout bevat.Door het toepassen van CRC is mogelijk om de volgende fouten te detecteren:DAIle enkelvoudige bit foutenDAIle dubbele bit fouten zolang het gebruikte cijfer (P) minimaal drie termen kent.DAIle oneven aantal bit fouten, zolang P maar de factor X+ I kentDAIle foutreeksen waarbij het aantal fouten achter elkaar kleiner is dan de lengte

van het gebruikte FCS.

21


VeeI gebruikte waarden voor P zijn:o CRC-12=xI2+xll+x3+x2+x+1o CRC-16=xI6+xI5+x2+1o CRC-CCIT = x l6 + X

l2 + x5+ 1o CRC-32 = X

32 + x26 + x23 + X22 + x16 + X

l2 + xlI + x lO + x8 + x7 + x5+x4 + x2+x+l

Indien bidirectionele communicatie mogelijk is kan bij het constateren van een fout(d.m.v. LRC, VRC ofCRC) aan de versturende zijde worden verzocht omhertransmissie van het frame waarin fouten zijn geconstateerd.

Omwille van de eenvoud van het programma is, er voor gekozen om geen protocol offoutcorrectie toe te passen. De doelstelling is in eerste instantie de geschiktheid aan tetonen van het middenspanningsnet als communicatiemedium.

22


IV. Meetresultaten

In dit hoofdstuk worden de resultaten van de uitgevoerde metingen beschreven. Dezetesten zijn op (niet stroomvoerende) kabels uitgevoerd met een relatief korte lengte.Golflengte effecten spelen hierbij nog geen rol (l00 kHz ~ golflengte is circa 2 km).

4.1 Metingen aan diverse kabels

Voor aIle uitgevoerde metingen is de onderstaande meetopstelling gebruikt.

FSK V rsK

modulatorVersterker

kabel

Ispoel

Figuur 4.1: Meetopstelling

VbelastingI:==----.

Rbelasting

I belasting

Het versterkte FSK gemoduleerde signaal wordt via een Rogowski spoel ingekoppeldin de geleider van de kabel. Aan de zendzijde is de mantel van de kabel kortgeslotenmet de geleider. Aan de ontvangstzijde is de kabel afgesloten met een te varierenbelastingsweerstand.

De metingen zijn uitgevoerd met een-fase XLPE kabels van verschillende typen zoalsweergegeven in tabel 4.1.

Nummer Lengte(m) Binnen- Buiten- L(flH) C(nF) Zk(O)straal(mm) straal(mm)

1 40 24 37 3.5 11.6 172 10 19 36 1.3 2.0 253 16 24 37 1.4 4.6 17

Tabel 4.1: Parameters van de gebruikte kabels

Aanvanke1ijk was gekozen voor een weerstand van het inkoppelcircuit (Rversterker) van10. Dit om een beoogde Q-factor van ca. 10 te krij gen voor het inkoppelcicuit (zieook paragraaf 3.3.3). Bij de metingen bleek echter dat de door de versterkerafgegeven signalen sterk verstoord waren (Figuur 4.2), vermoedelijk door destroombegrenzing in het gebruikte versterker IC (7A).Door de weerstand van het inkoppelcicuit te verhogen naar 30, worden dezestoringen duidelijk minder (zie Figuur 4.3), maar wordt tevens de Q-factor van hetinkoppelcircuit verkleind. De metingen met aIle overige kabeltypen zijn uitgevoerdmet de weerstand (Rversterker) van 30.

23


-+-t·t'-!H---I+--It-·-- -_. -1-.....-1---14-11

Figuur 4.2: Meting kabel2 (10 m), Rverst=IQ, Rb=IOOQ,ChI = VRLC en Ch2= VFSKmod

[, ;".lTlpl1S.0Li\;"r:::li~)pinq

POSIt I\h~

G'Atnpi860m"v'

5an-~lD IeT

('1 r::IEil':;0 5052kH2'

[1 ,A. lTlp I23,:;:1 \(

(2.Ampl7'3 5 V

Figuur 4.3: Meting kabel2 (10 m), Rverst=3Q, Rb=IOOQ,ChI = VRLC en Ch2= Vspoel

24


In tabel 4.2 zijn de resultaten van de uitgevoerde metingen samengevat. Deaangegeven stromen en spanningen zijn RMS waarden.

Kabel Rbel (0) Rvers! (0) Vfsk(rnV) Vrlc(V) Vspoel (V) Ispoel (A) Ibelas!in~ (rnA)2 (lOrn) 0 1 608 10.6 71.8 7.30 26002 (lOrn) 50 1 636 10.8 71.8 8.20 442 (lOrn) 100 1 622 10.1 71.8 7.35 192 (lOrn) 0 3 605 17.5 57.7 3.40 11202 (lOrn) 50 3 650 17.3 57.1 3.30 192 (lOrn) 100 3 622 16.4 52.0 3.30 91 (40rn) 0 3 616 19.5 63.6 3.51 5661 (40rn) 50 3 605 20.6 67.6 3.45 191 (40rn) 100 3 582 17.5 57.7 3.47 10

1+3 (56rn) 0 3 610 19.5 64.5 3.11 2711+3 (56rn) 50 3 612 19.8 65.3 3.08 201+3 (56rn) 100 3 627 19.0 61.9 3.11 10

Tabel 4.2: Samenvatting meetresultaten

4.2 Verklaring gemeten waarden

Ii ------+

Figuur 4.4: Injectiecircuit met vervangingsschema

Het injectiecircuit (Figuur 4.4) bestaat uit een kortgesloten aan de linkerzijde, waarhet signaal wordt ingekoppeld, en een impedantie Rb waarmee het circuit aan derechterzijde van de kabel gesloten wordt. Voor de overdracht H y (spanning), HI(stroom) en voor de ingangsimpedantie Zj geldt (y beschrijft de voortplanting in dekabel):

e-rCW )!

Hv(OJ) =t(OJ)-----1 () -2rCw)!+r OJ ·e

1+ r(OJ)' e-2r (w)IZ (OJ) = Zk . ---'-----'-----.,-----,---,--,

1- r(OJ)' e-2r ({")1

Zk e-r(w)!

HI = -R . t(OJ) . -1--(-)---2-r-(w-)!b -r OJ ·e

r(OJ) = RblZk-l t(OJ) =r(OJ) + 1Rb 1Zk +1

(4.1)

(4.2)

Golflengte effecten worden pas belangrijk bij een kabellengte vanaf circa /../4, d.w.z.boven 500 m bij 100 kHz. De beschikbare kabels voor de tests zijn aanzienlijk korterzodat de bovenstaande formules kunnen worden benaderd met:

25


(4.3)Zi = Rh + jOJL1+ jOJRbC

1H/=----

1+ jeoRbC '

1Hv=----

. L1+ jOJ-

Rb

Hierbij is de kabel dempingvrij verondersteld zodat Zk =~ en r(OJ) = jOJ.[L":C

met L en C respectievelijk de zelfinductie en de capaciteit van de kabel.Feitelijk gedraagt dit circuit zich als een tweedraadslijn met zelfinductie L enbelasting Rb. Voor de stroom door de kabel gerelateerd aan de stroom waarmee deRogowski spoel bekrachtigd wordt, geldt:

Lpoel R + jOJ . L=>

l

ib I M\f7Oel/ L

1\f7Oei = Jl + (R / eoLy(4.4)

In Figuur 4.5 is de absolute waarde van deze verhouding uitgezet als functie van deweerstand Rb. De getrokken lijn is berekend gebruik makend van de volgendewaarden co = 3.14.105 rad/s, M= 0.74 I-!H (formule 3.7) en L volgens tabel4.1. Degemeten waarden uit tabel 4.2 zijn voor de drie kabels aangegeven. Voor eenkortsluiting (Rb = On) is de zelfinductie van de kabel bepalend voor de stroom in hetsecundaire circuit. De secundaire stroom is dan omgekeerd evenredig met dekabellengte. Aangezien coL orde 0.4 - 1.0 n bedraagt, zijn overgangsweerstanden vanaansluitingen van belang en is dit de reden van afwijkingen van de gemeten waarden.Bij hogere waarden van de belastingsweerstand is deze volledig bepalend voor desecundaire stroom, die daarmee onafhankelijk van de kabellengte wordt. De hierbijoptredende afwijkingen zijn ten gevolge van een onnauwkeurig bepaalde voor Mspoel.

De bestaande Rogowskispoel is meerdere malen om de kabel geslagen waarbij deradius hiervan niet overal gelijk is.

26


~ ~~ "\<) 'O~ ~~ ~~o --,-,--.----r-,---,---,--,---.--T--.--T---.--r---.--r-,--,---,-,~,--,--,r-r-r--r-l Rb (0hm)

3

-0.5 ~--------------

2-1 -t-ilr------------------

•

Berekend:1 Kabel10m

2 Kabel40m

3 Kabel 56 m

Gemeten:• Kabel 10 m

)K Kabel40m

• Kabel 56 m

-2 +---~------------

1-1.5 +----\\--------------

ii8i

-2.5 +------------"'o,~----------

-3

Figuur 4.5: Berekende en gemeten verhouding log 1it,IIspoell

De Q kan met formule 3.5 berekend worden. Met een resonantiefrequentie van 50kHz en een ze1finductie van 36 IlH (formule 3.6) voIgt Q=11.3 bij Rverst=10 en Q=3.8bij Rverst=30. De gemeten waarden zijn respectieve1ijk Q=7.1 bij Rverst=10 en Q=3.5bij Rverst=30. Voor Rverst=10 treedt enige afwijking op ten gevolge van het feit dat deuitgangsweerstand niet aIleen bepaald wordt door de aangebrachte weerstand, maardeels ook bepaald wordt door het versterker IC. Voor Rverst=30 is de afwijking klein,name1ijk circa 10%.

27


Met deze kennis kunnen richtlijnen voor een definitief ontwerp voor de injectiespoelworden opgesteld. Een groter omvat oppervlak leidt tot een grotere Men L. Grotere Mbetekent effectievere injectie; grotere L betekent bij gelijke R en resonantiefrequentieeen grotere Q. Feitelijk volgen de limieten van de spoel uit praktische overwegingen:hoeveel ruimte is beschikbaar en, zeker zo belangrijk, welke maten vindt eenenergiebedrijf nog acceptabel. Het aantal windingen kan bepaald worden op grondvan de gewenste Q waarbij voor Rverst een waarde van 4-80 gekozen wordt; eenbelasting waarbij de versterker optimaal functioneert. Indien de dimensies zodanigzijn datX;= (f)·M= 0.010, dan geldt met een gewenste Q=10 volgens formule 3.5, datn ~ 75 windingen.

4.3 Testen configuratie met aansturing en uitlezing

Met het in paragraaf 3.3 beschreven programma is een complete configuratie opgezetzoals in Figuur 4.6 is weergegeven.

Figuur 4.6: Testopstelling complete configuratie

Diverse bitreeksen zijn verzonden met verschillende bittijden (overdrachtssnelheden)waarbij de ontvangen bitreeks uiteraard gelijk diende te zijn aan de verzonden reeks.Zoals ook in de metingen naar voren komt is er een faseverschil tussen hetaansturingsignaal (VFSK) en het signaal over de belasting (Vbel).

Dit faseverschil zorgt ervoor, dat het eerste meetmoment geen valide waarde oplevert.Om deze reden is het programma zodanig aangepast dat het eerste ontvangen bit nietwordt weergegeven

Tijdens het testen (met kabel2, 10 meter) bleek de bitsnelheid maximaal op te voerentot 500 ~s bij f=50 kHz. Indien de snelheid verder werd verhoogd, werd de verzondenbitreeks niet meer op correcte wijze ontvangen.Een bitsnelheid van 500 ~s impliceert dat er maximaal 2000 bits per seconde metbehulp van dit systeem kunnen worden verzonden (en ontvangen). Dekanaalefficientie bij een frequentie van 50 kHz en /"::.f van 2.5 kHz bedraagt 0.22(formule 2.4). Dit komt overeen met de theoretische waarde zoals in tabel 2.1weergegeven. Een verbetering in deze waarde zou kunnen worden verkregen door hetdemodulatie circuit verder te optimaliseren. Dit circuit maakt gebruik van een phaselocked loop (PLL) met een demping S= 0.5.

28


v. Conclusies en aanbevelingen

Dit hoofdstuk bevat de conc1usie over de gekozen modulatiemethode, het gebouwdeontwerp en de uitgevoerde metingen. Tevens worden aanbevelingen gedaan voor hetvervolg.

5.1 Conclusies

Gelet op de tijdens de metingen behaalde resultaten kan worden geconc1udeerd dat hetgebruik van frequency shift keying voor datacommunicatie via het distributienetsuccesvol kan zijn. Hierbij dienen echter weI enkele voorbehouden te wordengemaakt. Ten eerste is de communicatiemethode getest met niet stroomvoerendekabels, in een laboratorium omgeving en met een ohmse afsluitweerstand. Ditimpliceert dat de metingen niet zijn beYnvloed door storingsinvloeden op de geleider,die in de praktijk weI voorkomen.

Als tweede kan worden opgemerkt dat de lengte van de tijdens de metingen gebruiktekabels aanzienlijk korter zijn dan de in praktijk voorkomende lengte (factor 100). Bijdeze lengtes worden de demping en de golflengte van het signaal belangrijk en zulleninterferenties ontstaan die het communicatiesignaal zullen verstoren.

De gebruikte versterker voldoet in de beschreven situatie matig. Door de grenzen diede versterker bleek te hebben in combinatie met de gekozen injectiespoel wordt de Qfactor van het resonante inkoppelcircuit beperkt waardoor meer vermogen benodigd isom hetzelfde niveau van het ingekoppelde signaal te bereiken.Een hogere stabiliteit van de versterker onstaat indien bij het ontwerp van deinjectiespoel rekening gehouden wordt met de specificaties van de versterker.

De gemeten maximale bitrate (2 kbps) vertoont sterke overeenkomsten met degeYnventariseerde commercieel beschikbare IC's (bitrate hiervan ligt in bereik van 0.3kbps tot 4.8 kbps). Dit geldt eveneens voor de commerciele produkten voordatacommunicatie over het (middenspannings) distributienet, alliggen de bitrates vandeze produkten verder uit elkaar (0.8 kbps tot 13.2 kbps).Opgemerkt dient te worden dat de kabellengte een belangrijke rol speelt bij hetbepalen van de maximale bitrate.

De waarde van de kwaliteitsfactor (Q) wordt bij resonante injectie beperkt door deuitgangsweerstand waarmee de versterker belast moet worden. Bij een verhoging vande kwaliteitsfactor moet rekening gehouden worden met de bandbreedte die nodig isom de data te versturen. Deze bandbreedte mag niet kleiner zijn dan het verschil in degebruikte frequenties voor het verzenden de binaire data.

5.2 Aanbevelingen

Aanbevolen wordt m.b.v. enkele verbeteringen en wijzigingen in het huidig ontwerp,verder onderzoek te verrichten. Achtereenvolgens worden een aantal aanbevelingengegeven voor de onderdelen van de schakeling.

29


5.2.1 Rogowskispoel

De voor het inkoppelen van het signaal gebruikte spoel is niet geoptimaliseerd voordeze toepassing. Met verbetering van de koppeling tussen spoel en kabel en goedeaanpassing van de door de versterker geziene belasting kan een verhoging van demutuele inductie bereikt worden waarbij een lager vermogen benodigd is om hetgewenste signaalniveau in de kabel te bereiken. Bij het verder ontwikkelen van eendergelijke spoel is uiteraard de plaats van inkoppeling in de praktijk belangrijk. Zo zalde diameter van de spoel moeten worden bepaald aan de hand van de in de praktijkvoorkomende situaties en moet ook de eenvoud en veiligheid voor het aanbrengen vande injectiespoel worden bekeken.Voor de toepassing van stroommeting in het distributienet zou deze spoel in principeeen dubbelrol kunnen vervullen namelijk als zendspoel voor het overbrengen van hetsignaal maar ook als spoel voor het meten van de stroomsterkte. Echter om ook voor50 Hz voldoende signaal te meten zijn mogelijk meer windingen gewenst dan voor deinjectiespoel waarbij de homogeniteit van wikkelen belangrijk is. Bij bidirectionelecommunicatie kan een tweede spoel om hetzelfde wikkelingsraam gewonden worden.

5.2.2 Versterker

De voor deze opdracht gebruikte versterker neigt tot oscilleren bij zware belasting.Overwogen kan worden een versterker te ontwikkelen met de volgendeeigenschappen:o Geschikt voor inductieve belastingo Geen stroombegrenzing onder de lOAo Kortsluitvast aan de uitgango Geschikt voor toepassing van 5 tot 100 kHz.

Een andere mogelijkheid is om enkele exemplaren van het gebruikte type versterkerparallel te schakelen. Een injectiespoel met een grotere mutuele inductie (M) verlaagtde benodigde stroom verlagen en verhoogt daarmee de gewenste uitgangsweerstand(Rverslerker) .

5.2.3 Communicatiemethode

FSK als modulatiemethode lijkt zeer bruikbaar doch kan, afhankelijk van uitdoving inlange kabels en stoorinvloeden e.d., voor bepaalde frequenties minder goedfunctioneren. Om deze reden is het te prefereren een spreiding in frequenties aan tebrengen. Frequency Hopping lijkt hiervoor de aangewezen oplossing.Met behulp van het IC ST7536 is een principe schake1ing ontworpen die als basis kandienen voor een prototype systeem. Dit IC beschikt over een bandpass filter,versterker voor het ingangssignaal een FSK modulator, versterker en bandpass filtervoor het te versturen signaal, uitgebreide logica voor het detecteren van het signaal enhet synchroniseren tussen zender en ontvanger. Het IC gebruikt vier verschillendefrequentieparen binnen de CENELEC A-band die door de gebruiker kunnen wordengeselecteerd (81.75 en 82.35, 67.20 en 67.80,71.40 en 72.60,85.95 en 87.15 kHz).Door het toepassen van dit IC kan de aansturingslogica aanzienlijk worden beperkt.Zo kan direct seriele data worden aangeboden. De ontworpen schakeling op basis vande ST7536 is in dit verslag opgenomen als bijlage IV.

30


De schakeling kan zowel als zender als ontvanger dienen. Door het toepassen vandeze schakeling is het eventueel mogelijk om bidirectionele communicatie tebedrijven. Hierbij dient echter weI rekening te worden gehouden dat voor dezetoepassing een uitgebreider communicatieprotocol nodig is. Bovendien heeft ditimpliciete gevolgen voor de gebruikte versterkers.

31


Literatuurlijst

[Chan86]Chan, M.H.L and Donaldson, R.WAttenuation of communication signals on residental and commercial intrabuildingpower-distribution circuits.IEEE Trancactions On Electromagnetic Compatibility, Vol. EMC, No.4, November1986, p. 220 - 230

[Donaldson85]P.K. van der Gracht, R.W. DonaldsonCommunication using pseudonoise modulation on electric power distribution circuitsIEEE Transactions on communications, Vol. COM-33, No.9, Sept 1985, p. 964 - 974

[Dostert97]Dostert, K.M.Telecommunications over power distribution grid - possibilities and limitationsIn Proceedings Of The 1997 International Symposium On Power LineCommunication And Its Aplications, Essen, Germany, April 1997

[Dostert98]Dostert, K.M.Power lines as high speed data transmission channels-modelling the physical limitsProceedings of the 1988 IEEE 5th International Symposium on Spread SpectrumTechniques and Applications. Spread Technology to Africa, Sun City, South Africa,2-4 Sept. 1998, p. 585-9

[Hooijen96]O.G. Hooijen en M.N. QuispelHet laagspanningsnet en digitale communicatieEnergietechniek 5 jaargang 71 (mei) 1996, p 316 - 319

[Hooijen98]Hooijen, Olaf G.Channel model for the residential power circuit used as a digital communicationsmediumIEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Nov 1998. p 331-336

[Stallings91 ]Stallings, WData and computer communications, Third edition.Macmillan Inc., 1991.

[Waldeck98]Waldeck, T.; Busser, M.; Dostert, KTelecommunication applications over the low voltage power distribution gridIn: Proceedings of the 1988 IEEE 5th International Symposium on Spread SpectrumTechniques and Applications. Spread Technology to Africa, Sun City, South Africa,2-4 Sept. 1998. IEEE, New York, NY, USA, 1998, p. 73-7 vol. 1

33


[Wouters99]Wouters, P.A.A.F.Voorstudie: Stroomverdeling in distributienettenRapport EVT/RAP991 000, Technische Universiteit Eindhoven, 1999.

34


Bijlage I: Produktenoverzicht

Deze bijlage bevat het resultaat van de inventarisatie van beschikbare produkten voordatacommunicatie over het distributienet.

Westinghouse systeemSysteem maakt gebruik van een vaste draaggolf. Er zijn 12 kanalen met elk eenbandbreedte van 2.7 kHz. Het signaal wordt via de enkel zijband methodegemoduleerd met een verrnogen van 10 of20 Watt. Dit systeem wordt met namegebruikt voor telefonie. Afstanden van honderden kilometers kunnen wordenoverbrugd zonder de inzet van repeaters.

X-JO SysteemSysteem is in 1979 opgezet. De data wordt verzonden d.m.v. amplitude modulatie.Onderscheid tussen de symbolen (0 en 1) wordt d.m.v. nuldoorgangen gerealiseerd.Dit omdat over het algemeen de nuldoorgangen van het signaal het minst wordengestoord door ruis en I of interferentie van overige apparaten. Om bitfouten tebeperken verwacht dit systeem twee nuldoorgangen voor een logische 0 of 1. Doorhet toepassen van deze methode, is er een volledige cyc1us (sinus) nodig voor hettransporteren van een bit. Hierdoor is de data overdrachtsnelheid beperkt tot 50 I 60bits per seconde.

AMDES (Automatic Meter Data Exchange Systems)Tweeweg systeem (bidirectioneel) van de Griekse elektriciteitsmaatschappij (PublicPower Corporation: PPC). Wordt gebruikt voor uitlezen van verbuikrneters via LS enMS net. Maakt gebruik van Spread Frequency Shift Keying. Bij deze methode wordenook repeaters ingezet.

ROBCOMProdukt maakt gebruik van Frequency Hopping (FH) in de band van 20 tot 95 kHz.Hierbij wordt een zendverrnogen gebruikt tot 0.5 Watt. T.b.v. foutcorrectie wordtredundante data toegevoegd (± factor 2). Overdrachtsnelheden tot 1 kbps (kilobit perseconde) zijn met dit systeem bereikt.

Intellon CEbusDe CEbus is een open standaard voor datacommunicatie over diverse mediawaaronder het distrinutienet. Intellon heeft een spread spectrum technologieontwikkeld waarbij een draaggolf wordt nagebootst, zodat gebruik kan wordengemaakt van CSMA/CD-CR (Carrier Sense Multiple Accesl Collision Detect Contention Resolution). De fysieke laag is apart gespecificeerd (EIA-600). Demaximale data overdrachtsnelheid is 10 kbps.Volgens de specificatie bevat een datapakket zowel het adres van de ontvanger alsvan de zender. CEbus maakt gebruik van het CSMA/CD-CR protocol (een potentieelzendstation wacht met zenden totdat het transmissiemedium vrij is).Volgens een persbericht van 28 september 1998 heeft Intellon een communicatiemethode ontwikkeld waarbij een datasnelheid van 1 Mbps mogelijk is. De toegepastetechnologie is een aangepaste versie van Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing (OFDM). Verdere inforrnatie over dit produkt ontbreekt.

35


PowerNet®Zowel voor LS als MS distributienetten. Hoge overdrachtsnelheid namelijk: 19.2kbps. Maakt gebruik van Gaussian Minimal Shift Keying (afgeleide van FSK).Meerdere praktijkproeven uitgevoerd oa. in Schotland, Shapwick en Jersey (ookondergronds over een lengte van ca. 5 km.).

PLUG-INDe opzet van dit produkt is conform het OSI model (7 lagen), hierbij worden alleen deonderste vijflagen (fysieke-, datalink-, transport- en netwerklaag) geYmplementeerd.De laag die voor deze inventarisatie van belang is (fysieke laag) wordt door PLUG-INDigital Power Line (DPL) genoemd. Deze module maakt gebruik van FSK modulatie.Dit produkt heeft een maximale dataoverdracht snelheid van 350 kbps met een BitError Rate (BER) van 10.9.

High Tech Horizon: PLM24 Power Line ModemBi-directioneel dataverkeer met een overdrachtsnelheid van max. 2.4 kbps. Maaktgebruik van FSK modulatie. Het systeem heeft een inductieve koppeling met hetnetwerk. Systeem met name geschikt voor "in huis" toepassingen. De module iseenvoudig te koppelen met een PC of microcontroller.

Powercom systeem

Type

PLT-I0PLT-20PLT-30

Frequentie band Max. conformbit rate eisen

CENELEC100 kHz - 450 kHz 10 kbps nee125 kHz-140 kHz 5 kbps Ja9 kHz - 95 kHz 2 kbps Ja

Modulatietype

Spread spectrumBPSKSpread spectrum

Systemen zijn gebaseerd op de Neuron chip (3150) van Echelon.Met name de PLT-30, is voor MV toepassingen interessant (vanwege het voldoen aande CENELEC norm). Deze maakt gebruik van forward error correction (creeert eenoverhead van ca. 6 %). Signalen met een verzwakking tot 70 dB kunnen wordenontvangen. Dit betekent dat uitgaande van een signaal met 10 Vpop, dit mag wordenverzwakt tot 3.2 mVp_p om nog te worden gedetecteerd.Nadelen van dit systeem zijn het specifieke (proprietary) protocol dat wordt toegepasten de relatiefkorte afstand die (voor LS netwerken) kan worden overbrugd: uitgaandevan een demping van 5-1 OdBIl OOm is de maximale afstand slechts 1 kilometer.

WSW groep: power line modemDatasnelheid van 0.8 tot 9.6 kbps (afhankelijk van de kwaliteit van de verbinding,storingen e.d.)Interface SPS-protocol (voor Siemens S5 en Mitsubichi FX) en serieel (TTY, RS233).

36


Echelon LONWORKSMaakt gebruik van CSMA techniek. Systeem bevat een "power line chip" gebaseerdop 31 chips/bit spread spectrum technologie. Tot 2 kbps in de CENELEC A-band.Hiemaast biedt Echelon een systeem wat is gebaseerd op de Neuron chip (type 3150).Dit systeem is zelfte programmeren in Neuron C (afgeleide van ANSI C).De prijs van deze systemen is dusdanig dat ze vrijwel uitsluitend worden toegepast inindustriele en commerciele systemen.

1 C. COM: Maverick power line modem- Data overdrachtsnelheid max. 4.5 kbps over een afstand van 600 meter;

Bit Error Rate (BER) < 10-5

Stemt overeen met de eisen van de CENELEC;Gebaseerd op spread spectrum technologie;Zendvermogen max. 2 Watt;Half duplex communicatie (bi-directioneel).

ABB systeem (DLC)Bi-directioneel systeem, pakket georienteerd. Eigenschappen van het modem van ditsysteem (DLM-I00):- Programeerbaar front-end (DSP);- Krachtige microcontroller;- Frequentie van 22.5 tot 95 kHz voor midden-spanning;- Datatransmissie snelheid maximaal 13.2 kbps (netto, 36 kbps bruto);- Uitgang'svermogen (zendvermogen): 1 W (conform IEC 1334);- Bereik tot 10 km (zonder repeater);- Zowel inductieve als capacitieve koppeling mogelijk (ook gemixt inzetbaar).

37


Bijlage II: Inventarisatie beschikbare Ie's

Deze bijlage bevat het resultaat van de inventarisatie van beschikbare IC's voordatacommunicatie over het distributienet.

National Semiconductor LM1892/LM2893 Carrier-Current Transceiver- bi-directionele communicatie van seriele data;- ruisbestendige FSK modulatie;- tot 4.8 kbps datatransmissie snelheid;- draaggolf frequentie van 50 kHz tot 200 kHz.

National Semiconductor ICSSIOOl, ICSSI002 en ICSSI003 Power line carrier chip.- Gebruikt een spread spectrum techniek: adaptive frequency hopping;- Werkt conform CENELEC norm;- Datasnelheid afhankelijk van kwaliteit transmissiemedium van 300 tot 3200 bps;

STMicroelectronics ST7536 Power line modembi-directioneel data verkeer mogelijk (half duplex)- zenden via FSK methode;- twee programmeerbare kanalen met een data overdrachtsnelheid van 600 bps;- twee programmeerbare kanalen met een data overdrachtsnelheid van 1200 bps;- stemt overeen met de specificaties uit DH028/29 ENEL, EN 60065-1 CENELEC

en FCC

De ST7536 bevat een zogenaamde Automatic Level Control systeem wat ervoorzorgt dat de amplitude van het uitgangssignaal constant blijft (onafhankelijk vande belasting).

Alcatel: MTC-20585 Power Line Modem Chipset- half duplex tot 1440 bps

S-FSK modem voor data transmissie over laag en middenspanningcompliant met CENELEC EN 50065, IEC 1334-4-32 en IEC 1334-5-1interne PLL zorgt voor synchronisatie met de netfrequentie (50 of 60 Hz)data transmissiesnelheid van 300,600 en 1200 bps (bij een netfrequentie van 50Hz)programmeerbare draaggolf frequentie van 5 kHz tot 95 kHz

Echelon chip: Neuron (geproduceerd door Motorola: MC143120 en MC143150)Beide chips worden door Motorola uitgefaseerd (per 1 jan. 2000 niet meerleverbaar).

Intellon IC'sEen drietal verschillende IC's namelijk:SSC P485 PL tranceiver, SSC-P300 en SSC-P200.IC's met een drietal functies: spread spectrum carrier transceiver, signaalverwerkingseenheid en een host interface. Hiernaast is een media interface tekrijgen (SSC-P111), die zorgt voor inkoppeling van het signaal naar hettransmissiemedium.

39


Adaptive Networks Incorparated: ANI000, AN192, AN48AN 1000: 100 kbps effectieve datatransmissie sne1heidAN 192: 19.2 kbps effectieve datatransmissie sne1heidAN48: 4.8 kbps effectieve datatransmissie snelheidAN 1000 en AN 192 gebruiken frequenties tot 450 kHz (zoals toegestaan in deFCC).AN48 voldoet aan de europese CENELEC norm die stelt dat de gebruiktefrequenties voor het verzenden van datasignalen tussen de 9 en 95 kHz liggen.Alle genoemde IC's maken gebruik van spread spectrum technologie.Deze IC's vormen de basis voor een aanta1 complete produkten van AdaptiveNetworks Inc waaronder de AN192 module die m.b.v. een specifieke modulewordt gekoppeld aan het transmissie medium.

40


Bijlage III: Documentatie Labview

Documentatie van het Labview programma wat is gebruikt voor de aansturing van dete verzenden data en het uitlezen van de ontvangen data.

Front PanelTe verzenden bit reeks [11 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1

Ontvangenbitreeks 11110101010111001

Aantal verstuurde bits

1[C]1Verstuurde bit

110 II

device

~a:==~

digital channels

110.1

Bittiid (m5)

15000- Ll.

10000~

500.0:

0.5':'1

ItmDl

Actuele gelezeningangswaarde

1rc=11ouput [poorl 1)

NC NC NC NC NC NC NC Data

8@888888Input (poort2)

NC NC NC NC NC Data Data NC

8@888888Controls and IndicatorsII a.bc I] Te verzenden bit reeks

]1 DBL I] Bittijd (mS)

II a.bc II digital channels [abc] digital channels: Enter two digital channels separated by acomma. The default is 0,1.

II 116 1] device Enter the device number you assigned to the plug-in data acquisition board orother device when you configured it.

11:fuJ] Cluster 2

II TF I] 1

II TF ] 2

II TF I] 3

II ~.~ I] Input (poort2) Each time that the digital port is updated, it is also read. The value readfrom the digital port is displayed here.

II TF I] NC

~] Data

II TF I] Data

II TF II NC

41


IIHII NC

II HII NC

II H I] NC

II HI] NC

II DBl] Aantal verstuurde bits

II 18] Actuele gelezen ingangswaarde

II DBl I] Verstuurde bit

II a.bc I] Ontvangen bitreeks

II :',;~ I] Ouput (poort 1) Each time that the digital port is updated, it is also read. The value readfrom the digital port is displayed here.

II H] Data

II H'I] NC

II H] NC

II HI] NC

IIHII NC

IIHII NC

Ii HII NC

IIHII NC

II DBl II

42


Ontvan en bitreeks

~ Icommal

~[J~~

strip digital channels • • ~~=~~~H~~I~~j11\11 lines READ. I@l--I-

IPort width. I 8

Block Diagramr,;;."---;-=,,

List of SubVls~;~~ 010 Port Write.vi""~I" C:\PROGRAM FILES\NATIONAL INSTRUMENTS\LABVIEW\vi.lib\DAQ\ZADVD.LLB\DIO

Port Write.vi

010 Port Read.viC:\PROGRAM FI LES\NATIONAL INSTRUMENTS\LABVI EW\vi.lib\DAQ\ZADVD. LLB\DIOPort Read.vi

PodConfig1l)1(l~I(l1

010 Port Config.viC:\PROGRAM FI LES\NATIONAL INSTRUMENTS\LABVI EW\vi.lib\DAQ\ZADVD. LLB\DIOPort·Config.vi

History"FSK controller FINAL.vi History"Current Revision: 50

43

0.-r:fJ CC..... (') ...qg" _.-~S ~(J'Q~ Pl~::to <:10-1g § -<(D ..;+r:fJ...,\JJ

-.)~VI =-W~0\ =~~rn

N \JJ(D

~8- -...l(DUIt:!... ~0 0'1::s

.-+<:§

(Jq(D""I

~::s......-+

<:n0

00""I

§(')

0

§ §.....~ (')::s a..... .....(')

(Da0.....<:(D

(D<: ""I.....i:l"'Pl(Di:l"'.-+(D

0.-.-+ .....rn.-+

I ::LI

cr'11

~.....(D

::s(D.-+

7400

""

liQl)( IHXMl:y+

R91 RiO

I 4 IA 8

7400

I----'IA

y+GW

~

2

y.

..

15134

R1

TS1Tci ITS~~1 1ST;

DEMODULATED OATA OUTRECEIVED OATA OUT

RECElVEOlTRANSMIT ClOCK

TRANSMT DATA III

~VI


Korte toelichting op schema met ST7536:

DIAC 1 t.m. DIAC4:Aansturing van diac-triac schakeling die zorgt voor het inschakelen van de juistecondensator bij een vaste waarde van de zelfinductie van de injectiespoel.

SENSOR IN:Analoog gemoduleerd ingangssignaal (signaal van de ontvangstspoel).

SENSOR UIT:Analoog uitgangssignaal (signaal voor de injectiespoel).

FEEDBACK:Ingangssignaal voor de aansturing van Automatic Level Control. Maakt het mogelijkhet niveau van het uitgangssignaal aan te passen.

DEMODULATED DATA OUT:Gemoduleerde ontvangen data.

RECEIVED DATA OUT:Ontvangen (synchrone) data.

RECEIVED / TRANSMIT CLOCK:Ais zender: Kloksignaal aanbieden. Data wordt gesampled op positieve flank van ditsignaal.Ais ontvanger: Het kloksignaal wordt geextraheerd uit het ontvangen signaal. Datawordt op de positieve flank van dit signaal gewijzigd.

TRANSMIT DATA IN:Aanbieden van de te verzenden data; moet valide zijn op positieve flank van CLOCKsignaal.

TRANSMIT (0) / RECEIVE( 1):Selectie voor het verzenden (0) of het ontvangen (1) van data.

RESET (0):Laag actief signaal.

BAUDRATE 600(0) /1200(1):CHANNEL (0/1):Deze twee signalen samen bepalen de bitrate en de gebruikte frequenties.

BRS CHS Bitrate (bps) '0' signaal (kHz) '1' si~naal (kHz)0 0 600 81.75 82.350 1 600 67.20 67.801 0 1200 71.40 72.601 1 1200 85.95 87.10

46


Bijlage V: Verslag literatuuronderzoek

Literatuur onderzoek naarcommunicatiemethoden

voor gebruik inlaag- en middenspanningsinstallaties

Onderzoek verricht door:

E. Aertssenrd. Nr. 353085

Begeleider:

Dr. P.A.A.F. Wouters

Technische Universiteit EindhovenFaculteit Elektrotechniek

Capaciteitsgroep EVT, leerstoel EHC

47


Inleiding

Het bibliotheekpracticum vormt een onderdeel van de opleiding tot elektrotechnischingenieur aan de Technische Universiteit Eindhoven. Het doel van dit practicum ishet uitvoeren van zelfstandig methodisch literatuuronderzoek.

Samenvatting afstudeeropdracht

Door recente ontwikkelingen is het zicht op de feitelijke energiestroom in hetdistributienet beperkt. Er bestaat belangstelling voor een systeem waarmee dezeinformatie over de energiestroom beschikbaar wordt. Om de kosten verder te drukkenwordt gedacht aan communicatie van de units naar een centraal punt via hetmiddenspanningsnet zelf.

Middenspanningskabels zijn ontworpen voor energietransport, niet voorcommunicatie. Dit impliceert allerlei beperkingen in transmissie-eigenschappen.Bovendien moet het signaal onder hoogspanning worden inen uitgekoppeld.

Doel van de afstudeeropdracht is het vormen van een beeld over de mogelijkecommunicatiemiddelen en modulatietechnieken. In eerste fase wordencommunicatiemethodieken gei'nventariseerd.Naar aanleiding van deze inventarisatie zal een keuze worden gemaakt uit eenspecifieke methode. Deze keuze wordt expliciet uitgewerkt in een voorstel voor eentestfase.

Kader literatuuronderzoek

Ais beginpunt van de afstudeerperiode is literatuuronderzoek verricht met als doel devolgende punten:- Inventariseren van zoveel mogelijk relevante methoden voor het verrichten van

datacommunicatie over laag en middenspanningsnetten.- Inventariseren van de recent verschenen produkten die datacommunicatie over

laag- en middenspanningsnetten mogelijk maken.

Hierbij zijn de volgende randvoorwaarden van belang:- Capacitief of inductief inJuitkoppelen van het signaal.

Transmissie over drie-fasen kabel, aan beide zijden afgesloten methoogspanningstransformatoren.Toegestane frequentiebereik 9-95 kHz, amplitude maximaal 10V (CENELEC EN50065).Lage informatiedichtheid (orde enkele bits per minuut).Laag energieverbruik zend/ontvang-unit gewenst (gepulst datatransport:bijvoorbeeld 100 mS per 10 minuten).Al dan niet bidirectionele communicatie.

Het kan voorkomen dat literatuur informatie geeft over een of meerdererandvoorwaarden maar dat de titel geen directie relatie heeft communicatie over LSen MS-netten.

48


De gevonden communicatiemethoden dienen met name te worden beoordeeld opmodulatiemethode, betrouwbaarheid en informatiedichtheid. Een beschrijving vandeze eigenschappen in een artikel of rapport is daarom zeer gewenst.

Afbakening zoekveld

Uit de eerste zoekopdrachten bleek dat de gevonden literatuur zich met name richtteop de communicatiemethoden en de eigenschappen hiervan. In deze artikelen wordenweI specifieke produkten genoemd zij het slechts in een korte opsommende mannier.Het zoekveld richt zich dan ook met name op de communicatiemethoden. Eenoverzicht van produkten en de eigenschappen hiervan, is in een later stadium viaandere middelen (tijdschriften, internet e.d.) opgesteld.Om een zo volledig mogelijk beeld te kunnen krijgen van aIle relevantecommunicatiemethoden met de bijbehorende voor- en nadelen, is de vroegstmogelijke startdatum aangehouden van de diverse (digitale versies van de) bronnen.

Lijst van zoektermen en gebruikte combinaties

Na een eerste orientatie fase is besloten dat de combinaties van zoektermen voor ditliteratuuronderzoek er als voIgt uit zien:o Powerline communicationo Distribution line communicationo Datacommunication AND powerline OR (-s)o Transmission AND powerline OR (-s)o Transmission AND distribution line OR (-s)

49


Lijst van geraadpleegde bronnen

Ten behoeve van dit literatuuronderzoek is gebruik gemaakt van de onderstaandebronnen.

BronBibl. Cat. TUE BoekenBibl. Cat. TUE TijdschriftenINSPEC OndiscETDE Energy databaseCompendex plus

MediumOnlineOnlineCD-ROMCD-ROMCD-ROM

Periode

1989 -jun. 19991987 - 19991985 - sept. 1999

Opmerking: Bij het zoeken in VUBIS (catalogus TUE boeken en tijdschriften), isgebruik gemaakt van de engelstalige interface zodat dezelfde zoektermen kondenworden gebruikt.

Aantalliteratuurverwijzingen per geraadpleegde bron

Bron

Bibl. Cat. TUE BoekenBibl. Cat. TUE TijdschriftenINSPECETDE databaseCompendex plus

Sneeuwbalmethode

Aantal in 1e instantie geselecteerdeartikelen

35

3253

Ais basispublicatie voor het uitvoeren van de sneeuwbalmethode is het tijdschriftartikel "A channel model for the residential power circuit used as a digitalcommunications medium" van O. Hooijen [15].De motivatie voor deze keuze is dat het hier om een recent artikel gaat waarin eenmodel wordt beschreven voor het communicatiemedium (het distributienet). Teverwachten vaH dat de schrijver van dit artikel een groot aantal eerder gepubliceerdeartikelen hebben gebruikt. Ais tweede reden kan worden aangevoerd dat het hier omeen artikel gaat wat is gepubliceerd in IEEE Transactions waardoor te verwachten isdat de bereikbaarheid en beschikbaarheid groter zal zjjn dan van bijvoorbeeldcongresverslagen.

Het schematisch overzicht is hieronder weergegeven. De in het schema vermelddeverwijzingen corresponderen met de in dit verslag opgenomen literatuurlijst.

50

Sneeuwbalmethode

1985

1986

1987

1990

1992

1993

1994

19~6


1997

1998

19

51


Citatiemethode

Als startpunt voor het uitvoeren van de citatiemethode is het artikel van Donaldson envan der Gracht [9] genomen. De reden hiervoor is dat de inhoud van dit artikel ergrelevant is voor latere artikelen.Tijdens het uitvoeren van de citatiemethode bleek dat op deze wijze een aantalartikelen werden gevonden, die tijdens de eerder beschreven zoekopdrachten nietgevonden waren.

Naast het basisartikel is, indien noodzakelijk, ook voor de overige artikelen doormiddel van de citatiemethode gezocht of een uitbreiding van de literatuurlijstnoodzakelijk was. Concreet houdt dit in dat onbekende, uit de citatiemethode naarvoren komende, artikelen getoetst zijn aan de eerder genoemde zoekcriteria.

Een volledig overzicht van de resultaten van dit onderzoek is hieronder afgebeeld.

20

1998

1997

1996

1994

1993

1992

1990

1985

Opm: de verwijzingen in ditschema corresponderen met deIiteratuurlij st

52


Conclusies

Vrijwel aIle artikelen concentreren zich op (data)communicatie via hetlaagspanningsnet. Dit was reeds bij de start van het onderzoek verwacht en isbevestigd door dit literatuuronderzoek.

Overzicht van de gevonden communicatiemethoden:o (Binary) Frequency Shift Keying (B-FSK)o Phase Shift Keying (PSK)o Amplitude Shift Keying (ASK)o (Modified) Frequency Hopping (M-FH)o Chirpo Pseudonoise modulation

De belangrijke groepen / mensen die zich bezig houden met de diversecommunicatiemethoden zijn:

Dostert, K

Chan, M.H.L &R.W. DonaldsonD'Amore,M&Cortina, R

Universiteit van Karlsruhe(Institute for Industrial information systems)Universiteit van Brits Columbia, Canada

ENEL, Italian National Electrical Agency

Aanbevelingen ter verder onderzoek

De onderstaande bronnen zouden ter aanvulling kunnen worden doorzocht:Index to Scientific and Technical Proceedings (lSTP)Current Contents on diskette: Enginering Computing and TechnologyOnline ContentsDit literatuuronderzoek heeft zich met name gericht op het zoeken naar artikelen.Hiemaast kan ook worden onderzocht of er relevante rapporten te vinden zijn. Eengoede bron voor dergelijke rappporten is NTIS (Amerikaanse index ).

53


Literatuurlijst

[1] Chan, M.H.L and Donaldson, R.WATTENUATION OF COMMUNICATION SIGNALS ON RESIDENTAL ANDCOMMERCIAL INTRABUILDING POWER-DISTRIBUTION CIRCUITS.IEEE Trancactions On Electromagnetic Compatibility, Vol. No.4, November1986, p. 220 - 230

[2] Dostert, K.M.POWER LINES AS HIGH SPEED DATA TRANSMISSION CHANNELSMODELLING THE PHYSICAL LIMITSIn: Proceedings of the 1988 IEEE 5th International Symposium on SpreadSpectrum Techniques and Applications. Spread Technology to Africa, Sun City,South Africa, 2-4 Sept. 1998New York: IEEE, 1998. P. 585-9

[3] Karakatsanis,_E. and Economakos, C.A BI-DIRECTIONAL COMMUNICATION SYSTEM BASED ON POWERLINE CARRIERSIn 14th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution,Birmingham, UK, 2 - 5 June 1997London: lEE. P. 9/1 - 5 vol.5

[4] Nunn, C. and Sullivan, K.FROM THEORY TO PRACTICE: THE DEVELOPMENT ANDIMPLEMENTATION OF POWERNET - AN ADVANCED POWER LINECARRIER SYSTEM FOR AMR, DSM, DA & NON-UTILITYAPPLICATIONSIn: Proceedings of the 1997 14th International Conference and Exhibition onElectricity Distribution, CIRED. Part 1/5 (of 7), Birmingham. 2-5 jun 1997Stevenage: lEE. P. 5.8.1-5.8.5,1997.

[5] Waldeck, T. and Busser, M. and Dostert, KTELECOMMU1\TICATION APPLICATIONS OVER THE LOW VOLTAGEPOWER DISTRIBUTION GRIDIn: Proceedings of the 1988 IEEE 5th International Symposium on Spread SpectrumTechniques and Applications. Spread Technology to Africa, Sun City, SouthAfrica, 2-4 Sept. 1998. New York: IEEE. P.73-7 voLl

[6] Abraham K. and Roy S.A NOVEL HIGH-SPEED PLC COMMUNICATION MODEMIEEE Transactions on Power Delivery, Vol 7, No 4, October 1992, pp 1760 1768

[7] O.G. Hooijen and M.N. Quispe1HET LAAGSPANNINGSNET EN DIGITALE COMMUNICATIEEnergietechniek 5 jaargang 71 (mei) 1996, p 316 - 319

[8] M. Tavares and J. Gerald and M. PiedadeA SPREAD-SPECTRUM COMMUNICATIONS SYSTEM FOR LOWFREQUENCY BAND WITH APPLICATION FOR TRANSMISSION OVERTHE POWER LINESINESC - 1ST

[9] P.K. van der Gracht and R.W. DonaldsonCOMMU1\TlCATION USING PSEUDONOISE MODULATION ONELECTRIC POWER DISTRIBUTION CIRCUITS

54


IEEE Transactions on communications, Vol. COM-33, No.9, September 1985, p.964 - 974

[10]P. Burrascano and S. Cristina and M. D'Amore and M. SalernoDIGITAL SIGNAL TRANSMISSION ON POWER LINE CARRIERCHANl'JELS: AN INTRODUCTIONIEEE Transactions on Power Delivery, Vol. PWRD-2, No.1, January 1987, p. 50- 55

[11 ] Dostert, K.M.TELECOMMUNICATIONS OVER POWER DISTRIBUTION GRID POSSIBILITIES AND LIMITATIONSIn: Proceedings Of The 1997 International Symposium On Power LineCommunication And Its Aplications, Essen, Germany, April 1997

[12] Vuori, J. and SkytHi, J.COMMUNICATION USING SPREAD SPECTRUM MODULATION ONELECTRIC POWER DISTRIBUTION CIRCUITSIn Proceedings of EUSIPCO-92, Sixth European Signal Processing Conference,Brussels, Belgium, 24 - 27 Aug. 1992Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 1992, p. 1599-602 vol. 3

[13] Shwedi, M.B. and Khan, A.Z.A POWER LThTE DATA COMMUNICATION INTERFACE USING SPREADSPECTRUM TECHNOLOGY IN HOME AUTOMATIONIEEE Transactions on Power Delivery, Vol 11, No.3, July 1996, p 1232 - 1237

[14] B.C. Ferreira and H.M. Grove and O. Hooijen and AJ. Vinck:POWER LINE COMMUNICATIONS: AN OVERVIEWIn 4th .AFRICON Conference in Africa: Electrical Energy Technology,Communication Systems, Human Resources, Stellenbosch, South Africa, 24 - 27Sept. 1996New York: IEEE. P.558-63 vol.2

[15] Hooijen, OlafG.CHANNEL MODEL FOR THE RESIDENTIAL POWER CIRCUIT USED ASA DIGITAL COMMUNICATIONS MEDIUMIEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Nov 1998. p 331-336

[16] Dostert, K.M.SIGNAL PROCESSING ASIC FOR AN ALL DIGITAL SPREAD SPECTRUMMODEM FOR POWER LINE COMMUNICATIONSIn: Proceedings of the 1994 IEEE 3rd International Symposium on SpreadSpectrum Techniques & Applications, Oulu, FinlandPiscataway, NJ, 1994, p. 357 - 361

[17] Tsumura, S. and Takahashi, N. and Endo, K. and Nakamura, T.HIGH PERFORMANCE POWER LINE SPREAD-SPECTRUM MODEM.NEC Research & Development, Apr 1990, p. 57-66

[18] Dostert, K.M.FREQUENCY-HOPPING SPREAD-SPECTRUM MODULATION FORDIGITAL-COMMUNICATIONS OVER ELECTRICAL-POWER LINESIEEE journal on selected areas in communications 1990, Vol 8, Iss 4, p. 700 710

[19] Damore, M. and Sarto, M.S.DIGITAL TRANSMISSION PERFORMANCE OF CARRIER CHANNELS ONDISTRIBUTION POWER-LINE NETWORKSIEEE transactions on power delivery 1997, Vol 12, Iss 2, p. 616 - 623

55


[20]Cortina, R. and Pioltini, G. and Celozzi, S. and Damore, M.TELECOMMUNICATION SYSTEMS ON POWER DISTRIBUTIONNETWORKS - HIGH-FREQUENCY PERFORMANCES OF CARRIERCHANNELSIEEE Transactions On Power Delivery 1994, Vol 9, Iss 2, p. 654 - 660

[21 ]Damore, M and Sarto, M.ELECTROMAGNETIC-FIELD RADIATED FROM BROAD-BAND SIGNALTRANSMISSION ON POWER-LINE CARRIER CHANNELSIEEE Transactions On Power Delivery 1997, Vol 12, Iss 2, p. 624 - 631

[22]Chan, M.H.L.; Friedman, D.; Donaldson, R.W.PERFORMANCE ENHANCEMENT USING FORWARD ERRORCORRECTION ON POWER-LINE COMMUNICATION CHANNELSIEEE Transactions On Power Delivery 1994, Vol 9, Iss 2, p. 645 - 653

[23] Onunga, J. and Donaldson, R.A SIMPLE PACKET RETRANSMISSION STRATEGY FOR THROUGHPUTAND DELAY ENHANCEMENT ON POWER-LINE COMMUNICATIONCHANNELSIEEE Transactions On Power Delivery 1993, Vol 8, Iss 3, p. 818 - 826

[24] Song, M. and Sakong, S. and Tchah, K.REALIZATION OF POWER-LINE MODEM USING A DIRECT-SEQUENCESPREAD-SPECTRUM TECHNIQUEIEEE Transactions On Consumer Electronics 1993, Vol 39, Iss 3, p. 646 - 652

56


Bijlage VI: Schema's met componentwaarden.

In deze bijlage zijn de gebruikte schema's met de componentwaarden weergegeven.

FSK modulator

EXT AMPL

rTSOCl400

.8 R9

11OC1Clf"1

41<7 15k

e-

68<1f>FSK_OUT

."22k

T6 .'6OC";08 Jl<J

VersterkerC4

47p

~':"'-__--1] ~ ~:p I

22k

R3

8

9

C1lOOp 10

+LM3886

Voun

v+ r)OUTO

GND OUT2R8 5 A22k 10 + LM3886

3

v-

GND

IN2>r---1]

INl >>---1]

v- ),>-------1>-----+----Io------i

v+

v+)~/ ~;:;-g~onF

GND)>-~-+----+--- -----1 11------+----------<

57

FSK demodulator

Vee

~~K >>---+----1 1f---------"-f"1

Ro

22k

lnl

59


Vee

t-----------"7) g:~ulated

470pF

c

'---------j-Ilr---------~O-.luF

GND

Documents

MASTER Communicatie over het distributienet Aertssen, E.R. · XR2211, Exar) the FSK signal is demodulated. To generate the incoming data for the FSKmodulator and to receive the demodulated