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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

TIỂU LUẬN
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG
Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC
TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
Giảng viên hướng dẫn
Học viên
MSHV
Lớp

:
:
:
:

PGS.TS NGUYỄN HỮU TRUNG
ĐINH TIẾN HIỆP
CB110849
KTTT1B

Hà Nội, tháng 02/2012


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 gới i th iệu 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 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.
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.
Trảm biãún ạp

Vàn phng dëch vu khạch
hng

Tr 1B

110KV/22KV

Hã
û
thä
ún
g
så

Ma
ïy
tên
h

FCB(1~6)
(Chè co dng âiãûn nảp)
CB
FCB 1
FCB 2

Tr 2B

Cáưu dao gàõn trãn cäüt

(Chè co dng
âiãûn

110KV/22KV

CB

nảp)

Säú trảm

22KV
/0.4KV
(*2)Âiãû
n ạp
nảp

(1)Ban phêm thao
tạc (trảm chênh)

T/b
ë
b
o
vã

Bãn
ngoi

1SS
2SS
6SS

(*1)cạp

liãn lảc
kẹp

T/b
ë
b
o
vã

Âỉ
åìn
g
bá
ûc
ba

Bäü
näúi
âiãûn
(3)
cao
Â/khi
ãøn
(2)
tr/ti

Bäü
näúi
âiãûn
cao

ạp
Cạp quang 2
li

B
(5)ng
â/k
bä mb
ø d
trå
ü
(6)n
háû
n t/h

(4)
RTU

(*3)
D/âiãû
n nảp

Hình 1. Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa sử dụng kỹ thuật trải phổ

22KV
/0.4KV


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.
Bảng 1. Chức năng của các khối
STT

Tên

Sự diễn tả

(1)

Bàn phím thao tác

(2)

Khối điều khiển truyền tín Chấp hành mệnh lệnh nhận tín hiệu từ bàn phím thao tác và gởi tới
phần tử ghép (bộ nối). Nó gửi tất cả số liệu nhận được từ bàn phím
hiệu
thao tác.

(3)

Bộ ghép (bộ nối) điện áp Nạp tín hiệu có âm thanh nhỏ vào đường dây phân phối nhằm
cao
truyền tín hiệu để chỉ đạo sự vận hành của RTU.

(4)

Bộ đầu cuối được điều Giải (mã) tín hiệu được nạp có âm thanh nhỏ của đường dây phân
khiển từ xa
phối để điều khiển cầu dao. Thiết bị này cũng biến đổi kết quả
điều khiển thành tín hiệu có âm thanh nhỏ và nạp vào đường dây
phân phối.

(5)

Pano máy bếi n dòng bổ
trợ cho đường dây phân
phối
Máy thu

(6)

Phát tín hiệu chỉ dẫn để thao tác cầu dao,.v.v..

Thu hút tín hệiu (tín hiệu có âm thanh nhỏ) nạp vào đường dây
phân phối.
Máy biến dòng bổ trợ thực hiện giải (mã) các tín hiệu thu được từ
đường dây phân phối rồi gửi tới thiết bị phát.

3.2 Nguyên lý vận hành hệ thống
Tín hiệu vào

Tín hiệu vào 1 [W]
Năng lượng tín hiệu vào của một
thơng tin là 1 [W]

Tần số

Sự phát triển theo bề rộng
Trải phổ
Ấn định tín hiệu vào 1[W] được
chia thành 1-10
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Sự giảm năng lương trên một đơn vị
Hz
Tiếng ồn làm thay đổi đường
đặc tính của đường truyền
Do ồn, tín hiệu thứ 4 và thứ 7
bị mất

Sự nhiễu loạn

0,1 0,1 0,1
Sự tụ tập của tín hiệu
Tín hiệu đầu ra

0,1 0,1

0,1 0,1 0,1

Tập hợp lại
Tín hiệu đầu ra 0,8 [W]

Sự tập hợp 1-10 tín hi ệu đảm bảo băng
lượng tín hiệu đầu ra 0,8 [W]

Khi tín hi ệu căng ra qua dải rộng, tín hiệu gốc

có thể được khơi phục lại dù là có

một phần bị thất lạc


Hình 2. Kỹ thuật trải phổ


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 ănng lượng được tính tr ên 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 hành nạp tín
hiệu vào đường dây. Hơn nữa, nó ít bị ảnh hưởng nhiễu trong q trình liên lạc. Khi có
một số ít tín hiệu bị thất lạc do nguyên nhân ồn hoặc do nhân tố khác gây nên, q 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
(Tram chênh)

Âỉåìng dáy phán
phäúi

5'

6'

Bäü lc
kiãøu

ràng cỉa
T/bë
truưn
tên hiãûu

4

1

2

4

5

Thiãt bë d
tên hiãûu

T/bë
truưn
t/hiãûu

6

1'

2'

Cáưu dao

Phạt t/h
cọ ám
nh

2'

Tên hiãûu hỉåïng âi
lãn

Khäúi
âiãưu
khiãøn

1'

Bn phêm
thao tạc

1

3

Thiãt bë
ghẹp

May tênh

Phạt t/h
cọ ám
nh

6

5

Bäü lc
kiãøu ràng
cỉa

2

Tên hiãûu hỉåïng âi
xúng

RTU

3'

T/bë d
tên
hiãûu

4'

Thiãt bë
ghẹp

3

3'

4'

5'

6'

Ngưn âiãûn táưn säú
cäng nghiãûp 50 Hz

1
0

Tên hiãûu logic
1

1

2

Tên hiãûu ám thanh
nh
(phêa âáưu
vo)
3
Nảp tên hiãu vo
âỉåìng dáy f = 50
Hz
4
A

Tên hiãûu nháûn tỉì
phêa
RTU

B
Tên hiãûu lam vióc trỗ
hoaợn vồùi thồỡi gian 1/
60 giỏy

A

Daỷng
soùng
Tờn hióỷu nhỏỷn cuớa chờnh noù

Nhỏỷn tờn
hióỷu

5

B

Tờn hióỷu nhỏỷn laỡm vióc trỗ hoaợn
vồùi thồỡi gian 1/ 60 giỏy (1 chu
trỗnh)
Daỷng soùng

1

0

Pheùp trổỡ tờn hióỷu õó doỡ
tỗm
"1" hoỷc "2"
B

A
6

Phỏửn nhỏỷn õổồỹc la tên
hiãu logic

1

1

0

1

Hình 3. Bộ điều biến sóng truyền tín hiệu có âm thanh nhỏ.

0


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.
Bảng 2. Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm chính đến RTU
1W

2W

3W

5W

Số nhóm

Số

STX

4W

6W

7W

8W

Địa chỉ của RTU

Thực

9W

10W

1

0

10

2

10

10

1

10

0

10

Mã ASCII

12W

ETX

BCC

Thơng số

hiện chỉ

trạm

11W

1

10

0

10

Mã ASCII
Hình dạng của từ thứ 8 ( Thực hiện chỉ huy)

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

Diễn tả

1

0

1

1

0

0

1

0

Sự lựa chọn riêng

1

0

1

0

1

0

1

0

Loại bỏ sự lựa chọn riêng

1

0

0

1

1

0

1

0

Cho phép điều khiển riêng

1

0

1

0

0

1

1

0

Không cho phép điều khiển riêng

1

0

0

1

0

0

1

1

Khóa điều khiển từ xa

1

0

1

0

0

0

1

1

Mở khóa điều khiển từ xa

1

0

0

0

1

0

1

1

Điều khiển trực tiếp DM nguồn cung cấp phía “C”

1

0

0

0

0

1

1

1

Điều khiển trực tiếp DM nguồn cung cấp phía “A”

1

0

0

0

1

1

0

1

Cho phép điều khiển chức năng của DM

1

0

0

1

0

1

0

1

Không cho phép điều khiển chức năng của DM

1

0

1

0

0

1

0

1

Thời gian đặt DM

1

0

1

1

0

1

0

0

Yêu cầu sự giám sát từ xa thiết bị đo 1 (điện áp)


1

0

1

0

1

1

0

0

Yêu cầu sự giám sát thiết bị đo 2 (dòng điện)

1

0

0

1

1

1

0

0

Yêu cầu sự giám sát thiết bị đo 3 (riêng)

1

0

0

0

1

1

1

0

Yêu cầu đối với bộ chứa

1

0

0

1

1

0

0

1

Bộ chứa chưa đầy

1

0

1

0

1

0

0

1

Bộ chứa bị loại bỏ

1

0

1

1

1

0

0

0

Trạng thái xem xét (Yêu cầu đối với thiết bị giám sát)

1

0

0

1

0

1

1

0

Điều khiển đồng thời

1

0

0

0

1

1

1

1

Chuyển đồi điều khiển

Ví dụ: Thực hiện trải phổ lệnh: "Mở khoá điều khiển từ xa" có mã nhị phân là
10100011 có sơ đồ khối được thể hiện trên hình 4.
8

4

3

2

Xét đa thức dãy ghi dịch: g(x) = x + x + x + x + 1. Ta có điều kiện hồi
quy dãy ra: c i+8 = c i+4 + c i+3 + c i+2 + c i . Vì bậc của g(x) là m = 8 nên có 8 đơn vị nhớ
8
trong mạch và có chu kỳ N = 2 -1 [5].

x0

x1

x2

x3

x4

x5

x7

x6

x8

Hình 4. Sơ đồ khối thanh ghi dịch

Xung đồng hồ I

Trạng thái

Xung đồng hồ

Trạng thái

0

10100011

5

00110101

1

01010001

6

10011010

2

10101000

7

11001101

3

11010100

8

01100110

4

01101010

…

…

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.


Hình 5. Kết quả xác định lỗi bằng mơ phỏng Matlab

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
1W

2W

3W

4W

Số nhóm
STX

5W

6W

7W

Địa chỉ của RTU

Số
trạm

8W

Cờ
1

10

0

10

2

10

1

10

9W

10W

11W

Số

Số

Số

liệu

liệu

liệu

12W

13W

2

10

3.4.3. Nhận xét
Qua kết quả mơ phỏng thực hiện trải phổ lệnh chỉ huy trong quá 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 cơng nghệ trải phổ đã giải quyết được việc khơi phục lại
tín hiệu ban đầu dưới tác dụng của các loại nhiễu.


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 tru yền 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.