变电站设备状态多天线RFID监测系统性能分析

郭凤鸣; 李兵; 何怡刚

doi:10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.009

变电站设备状态多天线RFID监测系统性能分析

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.009

郭凤鸣^1,,
李兵^1,2,,
何怡刚^2,

1.
湖南机电职业技术学院, 长沙 410151
2.
合肥工业大学电气与自动化工程学院, 合肥 230009

基金项目:

国家自然科学基金 51777050

湖南省自然科学基金 2017JJ2080

中央高校基本科研业务费 JDK16TD01

详细信息

作者简介:
郭凤鸣, 男, 工程硕士, 教授, 研究方向为无线传感器网络、射频测试.E-mail:egfm2004@163.com

李兵, 男, 博士后, 研究生导师, 研究方向为无线传感器网络、射频测试.E-mail:libinghnu@163.com

何怡刚, 男, 教授, 博士生导师, 从事电工科学和信息科学等多学科交叉国际学术前沿领域、电工理论与新技术等的研究.E-mail:18655136887@163.com

中图分类号: TN92
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出版历程
- 收稿日期: 2016-08-31
- 刊出日期: 2017-11-25

Analysis of monitoring system for substation equipment based on multi -antennas RFID

GUO Feng-ming^1
,,
LI Bing^{1,2
,},
HE Yi-gang^2
,

1.
Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic, Changsha 410151, China
2.
School of Electrical and Automation Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

摘要

摘要: 变电站电气设备相对位置及金属特性影响变电站RFID（RadioFrequency Identification）监测系统通信性能.针对其类似隧道环境及多金属介质特点，提出了基于多天线技术的变电站设备状态传感标签监测系统，建立了监测系统信道模型，并分析了多天线RFID监测系统的性能影响因素.实验结果表明，阅读器天线与传感标签间距离小于80 m时，相比单天线及双收发天线监测系统，4收发天线系统通信误码率最大可降低1至3个数量级；通信距离在25~80 m时，垂直布置多天线方式较水平布置方式误码率可降低20%~40%.
- 电磁传播 /
- 多天线RFID监测系统 /
- 信道模型 /
- 性能分析
Abstract: The relative positions of electrical equipment and metallic character affect the communication performance of radio frequency identification monitoring system for substation. Considering the tunnel-like environment and metallic media in substation, a RFID(Radio Frequency Identification) tag-sensor monitoring system for electrical equipment in substation based on multi-antennas is proposed. The channel model of monitoring system is built and the performance influence factors are analyzed. The results reveal that, when the distance from the reader antennas to the tag-sensor d is less than 80m, the bit error rate of four-antennas system can be reduced one to three orders of magnitude than that of two-antennas and single-antenna systems. When 25 m < d < 80 m, the bit error rate of antennas vertically placed mode is reduced from 20% to 40% than that of horizontally placed mode.
- electromagnetic propagation /
- multi-antenna RFID monitoring system /
- the channel model /
- performance analysis

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图 1 变电站输变电设备状态监测系统

Fig. 1 The equipment condition monitoring system in transmission and substation

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图 2 变电站电磁波传播简化场景

Fig. 2 The simple scenario of electromagnetic wave propagation in substation

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图 3 多天线MIMO-RFID系统模型

Fig. 3 The model of multi-antenna MIMO-RFID system

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图 4 测试设备、实验室验证及实测场景

Fig. 4 The test equipment, laboratory validation and testscenario

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图 5 仿真与实验验证

Fig. 5 Simulation and experiment verification

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图 6 天线数量对系统性能的影响

Fig. 6 The effect of system performance with different antenna numbers

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图 7 阅读器高度对系统性能的影响

Fig. 7 The effect of system performance with different reader heights

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图 8 天线布置方式

Fig. 8 Different antenna positions

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图 9 天线布置位置对系统性能的影响

Fig. 9 The effect of system performance with different antenna positions

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表 1 仿真与实验模型参数

Tab. 1 The simulation and experiment model parameter

参数	数值
阅读器发射功率	27 dBm
Nakagami-m信道参数	3
路径损耗因子	2
阅读器天线高度	15 m
金属壁间距	20 m
标签散射信号功率比	0.88
调制因数	0.9
噪声	5 dB
传感标签高度	5 m

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