ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng

Mục Lục

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC TRUYỀN TIN TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
APPLICATION OF SPREAD SPECTRUM TECHNOLOGY
TO SIGNAL TRANSMISSION ON POWER LINES

TĨM TẮT
Bài báo giới thiệu cơng nghệ trải phổ và ứng dụng công nghệ này trong hệ thống
đo lường, giám sát, điều khiển phụ tải khi truyền tín hiệu trên đường dây điện lực.
Cụ thể là xây dựng sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa sử dụng cơng nghệ trải phổ,
phân tích q trình điều biến trong việc truyền tín hiệu. Ngồi ra, cơng nghệ trải
phổ được nghiên cứu và ứng dụng trong việc trải phổ các từ (word) trên khổ
truyền sóng. Lợi ích của việc khai thác và đưa vào ứng dụng công nghệ trải phổ
trong q trình truyền tín hiệu trên đường dây tải điện là khắc phục các dạng nhiễu

1


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng
và bảo mật thông tin trên đường truyền.Việc khắc phục nhiễu và bảo mật thông tin
được thực hiện dựa trên cơ sở tín hiệu trải phổ giống như nhiễu, khó phát hiện và
khó để chặn đứng nếu khơng có các thiết bị thích hợp.
ABSTRACT
The article introduces the spread spectrum technology and the application of this
technology in the system of measurement, monitoring, controlling secondary load
on power lines, especifically, the construction of diagrams of the remote control
system using the spread spectrum technology, the analysis of changes in the
transmission signals. In addition, spread spectrum technology has been studied and

applied to the spread spectrum of words in wave transmission. Benefits of
exploitation and application of the spread spectrum technology to the media
signals on the lines are overcoming interference and securing information on the
lines. The interference overcoming and information security are based on the
spread spectrum signals looking like interference which is difficult to be detected
and stopped without appropriate equipment.
1. Đặt vấn đề
Trong xu thế hiện nay, việc truyền tin trên hệ thống đường dây tải điện sẽ đưa đến
khả năng triển khai nhiều ứng dụng phục vụ công tác kinh doanh điện năng và
dịch vụ khách hàng, đem lại nhiều hiệu quả thiết thực cho ngành điện cũng như
khách hàng mua điện. Tuy nhiên, việc truyền tin trên đường dây tải điện hạ thế là
vấn đề khó khăn từ trước đến nay bởi tính chất đặc thù của lưới điện hạ thế là có
kết cấu phức tạp, nhiều phụ tải gây nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn
thông tin trên đường dây.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều giải pháp đảm bảo độ
tin cậy khi truyền tin trên đường dây tải điện đã được nghiên cứu[1]. Một trong
những giải pháp đang được chú ý là công nghệ trải phổ [5], nó có khả năng khắc
phục được nhiễu một cách mạnh mẽ, phù hợp với đặc điểm của lưới điện hạ thế.
2. Công nghệ trải phổ
Công nghệ trải phổ đã được sử dụng trong kỹ thuật quân sự nhờ tính năng chống
nhiễu và bảo mật. Các tính năng này có được nhờ giãn rộng phổ tín hiệu để khơng
phân biệt được tạp âm nền. Hiện nay, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong
lĩnh vực bưu chính viễn thơng với hình thức phát triển là cơng nghệ CDMA (Code
Detect Multiple Access).
Có các phương pháp trải phổ khác nhau, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ
thuật số hóa và điều khiển như hiện nay, kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS_Direct
Sequence Spread Spectrum) đang được ứng dụng phổ biến.

2

Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng
Với kỹ thuật DSSS, phổ của sóng mang được điều khiển bởi một mã giả ngẫu
nhiên (PN_Pseudo Noise) tuần tự, mã này là một chuỗi tuần tự một cách ngẫu
nhiên của các số nhị phân thu được qua bộ sinh mã (Generator). Mã PN được nhân
với tín hiệu cơ bản (có tần số thấp), tín hiệu thu được sẽ được chuyển lên đường
truyền. Tại bộ phận nhận tin, tín hiệu này lại được nhân một lần nữa với mã PN đã
quy định để thu được tín hiệu gốc ban đầu [3].

3. Ứng dụng công nghệ trải phổ trong hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển
khi truyền tin trên đường dây điện lực
3.1 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực.
Hệ thống gồm 6 khối chính thể hiện trên hình 1.

3


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng

CB: Máy cắt điện
FCB: Máy cắt tuyến đường dây
(*1): Hệ thống thay đổi tần số (600 b/s); tiêu chuẩn 1300 Hz; Mở rộng: 2100 Hz
(*2): Mức điện áp nạp của trạm: 0,3 đến 0,5% điện áp định mức
(*3): Mức dòng điện nạp của RTU
Chức năng của các khối được thể hiện trên bảng 1.

4


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng

3.2 Nguyên lý vận hành hệ thống

Kỹ thuật trải phổ là một phương pháp có năng lượng tín hiệu phát đi trên một diện
rộng, dải tần số rộng hơn bề rộng dải tần số gốc của chính bản thân tín hiệu mà nó
đã có. Vì lý do này, mà năng lượng được tính trên một đơn vị tần số giảm đi. So
sánh với hệ thống liên lạc khác, yêu cầu điện năng cung cấp sẽ giảm đi khi tiến

5


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng
hành nạp tín hiệu vào đường dây. Hơn nữa, nó ít bị ảnh hưởng nhiễu trong quá
trình liên lạc. Khi có một số ít tín hiệu bị thất lạc do nguyên nhân ồn hoặc do nhân
tố khác gây nên, quá trình trải phổ tín hiệu sẽ khơi phục lại dạng tín hiệu gốc ban
đầu (hình 2).
Qua hình 2 cho ta thấy kết quả của việc khơi phục lại tín hiệu gốc do nhiễu gây ra
trên đường truyền: giả sử tín hiệu thứ 4 và tín hiệu thứ 7 trong số 10 tín hiệu bị
mất đi do nhiễu âm thanh gây nên, thì tín hiệu đầu ra vẫn đảm bảo.
3.3 Bộ điều biến truyền tín hiệu

6


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng
Trong điều kiện làm việc với nhiễu, bộ điều biến sóng truyền tín hiệu có âm thanh
nhỏ được sử dụng để thu phát tín hiệu. Bộ điều biến truyền tín hiệu có chức năng
so sánh và tổng hợp tín hiệu dưới tác động của nhiễu để đảm bảo tín hiệu ban đầu
(hình 3).
3.4. Khổ truyền sóng

Khổ truyền sóng là sự sắp xếp có thứ tự những tín hiệu gửi từ trạm phát. Việc sắp
xếp các tín hiệu theo thứ tự tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý thông tin. Cấu
trúc của khổ truyền sóng bao gồm 28 từ (word), mỗi từ bao gồm 44 bit với tốc độ
truyền là 200bit/s. Q trình truyền sóng được thực hiện theo hai chiều, bao gồm
q trình gửi tín hiệu xuống và q trình gửi tín hiệu lên.
3.4.1.Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm chính đến RTU
11 bit x 12 từ = 132 bit (0,11 giây)
Khổ truyền sóng gửi xuống được thể hiện trong bảng 2.

7


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng

Ví dụ: Thực hiện trải phổ lệnh: "Mở khố điều khiển từ xa" có mã nhị phân là
10100011 có sơ đồ khối được thể hiện trên hình 4.
Xét đa thức dãy ghi dịch: g(x) = x 8 + x4 + x3 + x2 + 1. Ta có điều kiện hồi quy dãy
ra: ci+8 = ci+4 + ci+3 + ci+2 + ci. Vì bậc của g(x) là m = 8 nên có 8 đơn vị nhớ trong
mạch và có chu kỳ N = 28 -1 [5].

Xung đồng hồ I
0
1
2
3
4

Trạng thái
10100011
01010001

10101000
11010100
01101010

Xung đồng hồ
5
6
7
8
…

Trạng thái
00110101
10011010
11001101
01100110
…

Vậy dãy ra là cột cuối cùng của trạng thái: 10001010…
Thực hiện mô phỏng trải phổ lệnh điều khiển bằng phần mềm Matlab cho kết quả
lỗi là 1/101 được thể hiện ở hình 5.

8


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng

3.4.2. Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm chính
11 bit x 13 từ = 143 bit (0,12 giây)
Khổ truyền sóng gửi lên được thể hiện trong bảng 3.

Bảng 3: Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm chính

Qua kết quả mơ phỏng thực hiện trải phổ lệnh chỉ huy trong q trình gửi tín hiệu
xuống từ trạm chính đến RTU cho ta thấy xác suất lỗi 1/101 là rất thấp. Tương tự
ta có thể thực hiện trãi phổ cho tất cả các lệnh trong các khổ truyền sóng trong q
trình truyền tín hiệu. Như vậy, việc ứng dụng công nghệ trải phổ đã giải quyết
được việc khôi phục lại tín hiệu ban đầu dưới tác dụng của các loại nhiễu.

9


Tiểu luận môn học Kỹ Thuật Trải Phổ và Ứng dụng
4. Kết luận

Bài báo nghiên cứu các khả năng ứng dụng công nghệ trải phổ vào việc truyền
thông tin trên đường dây tải điện. Các ứng dụng trải phổ được phân thành những
phạm vi ứng dụng khác nhau với nhiều ưu điểm. Khả năng chống nhiễu cao với
các nhiễu cố ý hoặc không cố ý, khả năng chống nhiễu của công nghệ này tỷ lệ với
hệ số trải phổ. Khả năng tín hiệu bị phát hiện bởi máy thu khơng chủ định thấp,
khả năng này giảm khi hệ số trải phổ tăng. Ngồi ra cơng nghệ trải phổ cịn có khả
năng đa truy nhập với số lượng lớn các đối tượng sử dụng đồng thời, liên quan tới
việc dùng chung một băng tần và ở trong cùng một khu vực địa lý.
Kết quả nghiên cứu của bài báo mở ra nhiều ứng dụng của công nghệ trải phổ
trong việc truyền tin trên đường dây tải điện cho tương lai. Đó là việc khai thác
các chức năng thu thập dữ liệu về tình trạng thiết bị, điều khiển các thiết bị đầu
cuối, giám sát phụ tải, giám sát tình trạng lưới điện…
TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mohammad Shariwa - A Direct Sequence - Spread Spectrum Modulator/
Demodulator Design - Princess Sumaya University.

[2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, NXB
Bưu điện, 2006.
[3] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và ứng dụng, NXB Bưu điện,
2000.
[4] Nguyễn Hồng Sơn, Kỹ thuật truyền số liệu, Nhà Xuất bản Lao động, 2006.
[5] Đỗ Quốc Trinh, Vũ Thanh Hải, Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng, NXB Bưu điện,
2006.

10