無線通信技術在電網(wǎng)通信中應用探究論文

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一、概述

電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行應運而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過幾十年風風雨雨的建設，已經(jīng)初具規(guī)模，通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構建而成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無線通信技術的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災害能力較強，同時具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點，非常適合彌補目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應用特點和優(yōu)缺點，并分析其在電力系統(tǒng)的應用前景。

二、無線技術介紹

（一）無線通信技術的概念

目前，無線通信及其應用已成為當今信息科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線基站、無線終端及應用管理服務器等組成。

（二）無線通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀

無線通信技術按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術，即基于IEEE802.15的無線個域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)（WWAN）。

總的來說，長距離無線接入技術的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點分配業(yè)務（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。

1.主流無線通信技術

從技術發(fā)展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無線通信技術將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術的無線通信技術主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術。

2.其他無線通信技術

除了上述主流的無線通信技術外，目前已存在的無線通信技術還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛(wèi)星通信等長距離通信技術。

（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點對點的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達16Mbps，通信介質為波長900納米左右的近紅外線。

（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴展技術，通信介質為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。

（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識別，俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。

（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復雜性，降低成本。

三、無線技術優(yōu)劣分析

（一）WLAN技術分析

Wi-Fi的技術和產(chǎn)品已經(jīng)相當成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術適用于無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡的延伸，對于特殊地點寬帶應用，盡管Wi-Fi技術應用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進入未受保護的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。

（二）WiMax技術分析

WiMax是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率復用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標準化，該技術的大規(guī)模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看，該技術可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術的先進性和超遠的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動技術的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡接入服務。

（三）WMN技術分析

WMN是正在研究中的技術，在研究中不斷地在不同方面結合各種技術的特點進行融合，而且暫時沒有一個成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術的大規(guī)模應用。從應用前景看，WMN這一新興網(wǎng)絡不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應用空間，在其他方面如結合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對目標對象進行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應用到環(huán)境檢測、工業(yè)、交通等領域。隨著其他技術的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補，從而能夠揚長避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。

（四）3G技術分析

3G于1996年提出標準，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標準的制訂工作。3G網(wǎng)絡部署已具備相當?shù)膶嵺`經(jīng)驗，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對網(wǎng)絡的鏈路預算、傳播模型預算以及計算機仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設了3G的網(wǎng)絡。3G技術已經(jīng)進入可以實用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設或將要建設3G網(wǎng)絡。

（五）LMDS技術分析

本地多點分布業(yè)務系統(tǒng)LMDS是一種提供點對多點通信的固定寬帶無線接入技術，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設光纖或銅纜情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向對稱高帶寬無線傳輸。

（六）MMDS技術分析

MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信號質量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠寬，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調(diào)制技術主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術，無法做到非視距傳輸，在目前復雜的城市環(huán)境下難以推廣應用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標準，各廠家的設備存在兼容性問題。

（七）集群通信技術分析

數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，它的頻譜利用率有很大提高，可進一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無線傳輸質量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實用技術，所以對數(shù)字系統(tǒng)來說，保密性也有很大改善。

數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務服務，也就是說除數(shù)字語音信號外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務功能。

（八）點對點微波通信技術分析

微波傳輸?shù)膬?yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，可以降低運營商的運營成本。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢可以更快地滿足新業(yè)務發(fā)展的需要。第三，目前的微波產(chǎn)品對未來的發(fā)展是有保障的，對于運營商的新業(yè)務和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統(tǒng)將升級到全IP的平臺之上，可以全面支持運營商未來的發(fā)展。

（九）衛(wèi)星通信技術分析

利用衛(wèi)星在有些人口不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構成寬帶多媒體通信網(wǎng)的環(huán)境下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實際的方案，經(jīng)濟又可靠。

但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺，其地面站的建設、通信信道租用費用都需要花費大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟的；而將衛(wèi)星通信作為應急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。

四、無線技術綜合比較

目前無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實現(xiàn)近距離的超高速無線接入。

首先，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準，只是沒有統(tǒng)一的國際標準，其余的技術均已經(jīng)完成標準化工作，并且都進行了試驗網(wǎng)建設和商業(yè)網(wǎng)建設。

從頻率上看，Wi-Fi技術、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術、3G技術等其他技術使用的是授權頻段。

從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術、WMN技術屬于局域網(wǎng)無線接入技術，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術、3G技術、LMDS技術、MMDS技術、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點對點微波則屬于廣域網(wǎng)技術，通常用于通信主干組網(wǎng)建設。

從傳輸速率上看，點對點微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術，不同的情況速率變化較大，而其余的技術均為接入技術，僅僅是3G技術接入速率最小，僅為384k，而其余技術均為幾十M甚至上百M的速率。

從調(diào)制技術上看，其中WiFi技術、WiMax技術、WMN、3G技術均采用最新的調(diào)制技術OFDM，其余的技術均未采用OFDM調(diào)制技術。

從天線技術上看，僅僅3G和WiMax技術采用了MIMO技術，而其他技術均未采用MIMO技術；從傳輸環(huán)境上看，僅僅WiMax技術和3G技術支持非視距傳輸，其余技術均要求視距傳輸環(huán)境；從網(wǎng)絡安全和QoS機制上看，WiMax技術和3G技術在這方面做得比較優(yōu)秀、完善，其余的均存在較大的問題。

五、無線技術的應用及展望

目前，在電網(wǎng)電力系統(tǒng)通信中仍然以具有高傳輸率、高帶寬、高可靠性等特性的光纖通信為主，但隨著電網(wǎng)對災難應急、配網(wǎng)自動化、辦公智能化等需求的提出，無線通信將以其迅速部署、不受地面限制等特點尋求到在電力系統(tǒng)通信中的應用。因此，無線通信可以成為電力系統(tǒng)通信的一個重要補充手段，為電力系統(tǒng)構建綜合通信網(wǎng)提供非常重要的一個部分。