Ứng dụng công nghệ trải phổ vào việc truyền tin trên đường dây tải điện

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 59 
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 
Lê Kim Hùng 
Đại học Đà Nẵng 
Nguyễn Thị Ngọc Minh 
Trường Cao đẳng Nghề Đà Nẵng 
TÓM TẮT 
Bài báo giới th iệu công 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 công nghệ trải phổ, phân tích quá trình điều biến 
trong việc truyền tín hiệu. Ngoài ra, công 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 quá 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 không 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. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 60 
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 không phân 
biệt được tạp âm nền. Hiện nay, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực bưu 
chính viễn thông với hình thức phát triển là công 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. 
T
/bë baío vãû
110KV/22KV
22KV
/0.4KV 
M
aïy tênh
H
ãû thäúng så âäö
Traûm biãún aïp
(1)Baìn phêm thao 
taïc (traûm chênh) Bäü näúi âiãûn
(3) cao aïp
B
äü näúi âiãûn 
cao aïp
Â
/khiãøn
(2) tr/taíi
B
aíng â/k m
bd
(5) bäø tråü
(6)nháûn t/h
Tr 1B
110KV/22KV
Tr 2B
FCB(1~6)
CB
FCB 1
FCB 2
CB
(*2)Âiãûn 
aïp naûp
(Chè coï doìng âiãûn
 naûp)
Cáöu dao gàõn trãn cäüt
(*3) 
D/âiãûn 
naûp
(4)
RTU
Caïp quang 2 loîi
Bãn 
ngoaìi
(*1)caïp 
liãn laûc 
keïp1SS
2SS
6SS
22KV
/0.4KV 
Vàn phoìng dëch vuû khaïch haìng
Â
æåìng báûc ba
(Chè coï doìng âiãûn naûp)
T
/bë baío vãû
Säú traûm
Hình 1. Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa sử dụng kỹ thuật trải phổ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 61 
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 Phát tín hiệu chỉ dẫn để thao tác cầu dao,.v.v.. 
(2) Khối điều khiển truyền tín 
hiệu 
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 
thao tác. 
(3) Bộ ghép (bộ nối) điện áp 
cao 
Nạp tín hiệu có âm thanh nhỏ vào đường dây phân phối nhằm 
truyền tín hiệu để chỉ đạo sự vận hành của RTU. 
(4) Bộ đầu cuối được điều 
khiển từ xa 
Giải (mã) tín hiệu được nạp có âm thanh nhỏ của đường dây phân 
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 biến dòng bổ trợ 
cho đường dây phân phối 
Thu hút tín hiệu (tín hiệu có âm thanh nhỏ) nạp vào đường dây 
phân phối. 
(6) Máy thu 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 
 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 
Tín hiệu vào 1 [W] 
Sự phát triển theo bề rộng 
Tín hiệu vào 
Tần số 
 Trải phổ 
Sự giảm năng lương trên một đơn vị 
Hz 
Tiếng ồn làm thay đổi đường 
đặc tính của đường truyền 
Sự nhiễu loạn 
Sự tụ tập của tín hiệu 
Khi tín hiệu căng ra qua dải rộng, tín hiệu gốc 
có thể được khôi phục lại dù là có 
một phần bị thất lạc 
Tín hiệu đầu ra 
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 
 Tập hợp lại 
Tín hiệu đầu ra 0,8 [W] 
Năng lượng tín hiệu vào của một 
thông tin là 1 [W] 
Ấn định tín hiệu vào 1[W] được 
chia thành 1-10 
Do ồn, tín hiệu thứ 4 và thứ 7 
bị mất 
Sự tập hợp 1-10 tín hiệu đảm bảo băng 
lượng tín hiệu đầu ra 0,8 [W] 
Hình 2. Kỹ thuật trải phổ 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 62 
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 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 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 khôi phục lại dạng tín hiệu gốc ban đầu (hình 2). 
 Qua hình 2 cho ta thấy kết quả của việc khôi 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 
Hình 3. Bộ điều biến sóng truyền tín hiệu có âm thanh nhỏ. 
01011
Daûng soïng
Daûng soïng
01011
6
AB
5 B
A
B
A
3
4
2
1
Pháön nháûn âæåüc laì tên 
 hiãûu logic
Pheïp træì tên hiãûu âãø doì tçm 
 "1" hoàûc "2"
Tên hiãûu nháûn laìm viãûc trç hoaîn våïi 
 thåìi gian 1/ 60 giáy (1 chu trçnh)
Tên hiãûu nháûn cuía chênh noï
Nháûn tên hiãûu
Tên hiãûu laìm viãûc trç hoaîn
 våïi thåìi gian 1/ 60 giáy
Tên hiãûu nháûn tæì phêa 
 RTU
Naûp tên hiãûu vaìo âæåìng 
 dáy f = 50 Hz
 Tên hiãûu ám thanh nhoí 
 (phêa âáöu vaìo)
Tên hiãûu logic
Nguäön âiãûn táön säú cäng 
 nghiãûp 50 Hz
1' 2' 3' 4' 5' 6'Tên hiãûu hæåïng âi lãn654321Tên hiãûu hæåïng âi xuäúng
2'
1'
654
3'3
6'5'
12
4'
RTUÂæåìng dáy phán phäúi
Cáöu dao
Phaït t/h coï
 ám nhoí
Khäúi âiãöu 
 khiãøn
Thiãút bë doì 
 tên hiãûu
T/bë truyãön
 t/hiãûu
Bäü loüc kiãøu 
 ràng cæa
Thiãút bë
 gheïp
Baìn phêm 
 thao taïc
Maïy tênh
Phaït t/h coï
 ám nhoí
T/bë truyãön 
 tên hiãûu
Thiãút bë
 gheïp
 T/bë doì 
 tên hiãûu
Bäü loüc kiãøu
 ràng cæa
(Traûm chênh)
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 63 
 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. Quá trình truyền sóng được thực hiện theo hai chiều, bao gồm quá trình gửi 
tín hiệu xuống và quá 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 4W 5W 6W 7W 8W 9W 10W 11W 12W 
STX 
Số 
trạm 
Số nhóm Địa chỉ của RTU Thực 
hiện chỉ 
huy 
Thông số 
ETX BCC 
10 101 100 102 101 100 101 0 
D D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 Diễn tả 0 
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) 
Mã ASCII Mã ASCII 
Hình dạng của từ thứ 8 ( Thực hiện chỉ huy) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 64 
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. 
 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]. 
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. 
x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 65 
Hình 5. Kết quả xác định lỗi bằng mô 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 
3.4.3. Nhận xét 
Qua kết quả mô 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 quá 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. 
1W 2W 3W 4W 5W 6W 7W 8W 9W 10W 11W 12W 13W 
STX 
Số 
trạm 
Số nhóm Địa chỉ của RTU 
Cờ 
hiệu 
Số 
liệu 
giám 
sát 1 
Số 
liệu 
giám 
sát 2 
Số 
liệu 
giám 
sát 3 
ETX BCC 
10 101 100 102 101 2 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009 
 66 
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 không chủ định thấp, khả năng này giảm khi hệ số trải 
phổ tăng. Ngoài ra công nghệ trải phổ còn 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.