淺談無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在電網(wǎng)通信中的應用前景

［論文關(guān)鍵詞］無(wú)線(xiàn)通信；電網(wǎng)通信；技術(shù)分析

［論文摘要］隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，構建完善堅強可靠的電力通信網(wǎng)，顯得越來(lái)越重要。文章結合電力通信的特點(diǎn)和需求及無(wú)線(xiàn)新技術(shù)的特性，分析無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在電網(wǎng)通信中的應用前景。

一、概述

電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統的安全穩定運行應運而生的。它同電力系統的安全穩定控制系統、調度自動(dòng)化系統被人們合稱(chēng)為電力系統安全穩定運行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過(guò)幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設，已經(jīng)初具規模，通過(guò)衛星、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(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信系統的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)不依賴(lài)于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災害能力較強，同時(shí)具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸等優(yōu)點(diǎn)，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(jiǎn)單介紹一下無(wú)線(xiàn)通信傳輸體制的應用特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其在電力系統的應用前景。

二、無(wú)線(xiàn)技術(shù)介紹

（一）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的概念

目前，無(wú)線(xiàn)通信及其應用已成為當今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無(wú)線(xiàn)基站、無(wú)線(xiàn)終端及應用管理服務(wù)器等組成。

（二）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展現狀

無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)（WWAN）。

總的來(lái)說(shuō)，長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動(dòng)性又可以分為移動(dòng)接入和固定接入。其中固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)主要有：3.5GHz無(wú)線(xiàn)接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)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(wú)線(xiàn)接入和寬帶無(wú)線(xiàn)接入。其中寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動(dòng)通信系統。

1.主流無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

從技術(shù)發(fā)展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將成為未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。

2.其他無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

除了上述主流的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)外，目前已存在的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點(diǎn)對點(diǎn)微波、衛星通信等長(cháng)距離通信技術(shù)。

（1）IrDA：Infrared Data Association，是點(diǎn)對點(diǎn)的數據傳輸協(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(zhì)為波長(cháng)900納米左右的近紅外線(xiàn)。

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

（3）RFID：Radio Frequency Identification，即射頻識別，俗稱(chēng)電子標簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據。RFID由標簽、解讀器和天線(xiàn)三個(gè)基本要素組成。

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

三、無(wú)線(xiàn)技術(shù)優(yōu)劣分析

（一）WLAN技術(shù)分析

Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，作為有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的延伸，對于特殊地點(diǎn)寬帶應用，盡管Wi-Fi技術(shù)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(shù)，通過(guò)空氣發(fā)送和接收數據。由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )使用無(wú)線(xiàn)電波傳輸數據信號，所以非常容易受到來(lái)自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數據甚至進(jìn)入未受保護的公司內部局域網(wǎng)。

（二）WiMax技術(shù)分析

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

（三）WMN技術(shù)分析

WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時(shí)沒(méi)有一個(gè)成熟的產(chǎn)品系列來(lái)支持該技術(shù)的大規模應用。從應用前景看，WMN 這一新興網(wǎng)絡(luò )不僅在無(wú)線(xiàn)寬帶接入中有著(zhù)廣闊的應用空間，在其他方面如結合數據、圖像采集模塊可以對目標對象進(jìn)行監控或數據采集，并廣泛應用到環(huán)境檢測、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。隨著(zhù)其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN 更好地與之相融合、互補，從而能夠揚長(cháng)避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。

（四）3G技術(shù)分析

3G于1996年提出標準，2000年完成包括上層協(xié)議在內的完整標準的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò )部署已具備相當的實(shí)踐經(jīng)驗，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對網(wǎng)絡(luò )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在部分地區已得到大規模的商業(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(luò )。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國家和地區正在建設或將要建設3G網(wǎng)絡(luò )。

（五）LMDS技術(shù)分析

本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統LMDS是一種提供點(diǎn)對多點(diǎn)通信的固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內提供數字雙工語(yǔ)音、數據、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無(wú)線(xiàn)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(guò)扇區或基站設備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調制為射頻信號發(fā)射出去，在其覆蓋區域內的許多用戶(hù)端設備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無(wú)需為每個(gè)用戶(hù)專(zhuān)門(mén)鋪設光纖或銅纜情況下，實(shí)現數據雙向對稱(chēng)高帶寬無(wú)線(xiàn)傳輸。

（六）MMDS技術(shù)分析

MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問(wèn)題且信號質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠寬，最多不超過(guò)200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調制QAM調制技術(shù)，無(wú)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(méi)有統一的國際標準，各廠(chǎng)家的設備存在兼容性問(wèn)題。 （七）集群通信技術(shù)分析

數字集群系統具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統的用戶(hù)容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無(wú)線(xiàn)傳輸質(zhì)量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數字加密理論和實(shí)用技術(shù)，所以對數字系統來(lái)說(shuō)，保密性也有很大改善。

數字集群移動(dòng)通信系統可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說(shuō)除數字語(yǔ)音信號外，還可以傳輸用戶(hù)數字、圖像信息等。由于網(wǎng)內傳輸的是統一的數字信號，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。

（八）點(diǎn)對點(diǎn)微波通信技術(shù)分析

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

（九）衛星通信技術(shù)分析

利用衛星在有些人口不很密集的地區來(lái)配合陸地通信。在這些地區散布著(zhù)范圍較廣但不密集的用戶(hù)，可以利用衛星作為用戶(hù)連至固定有線(xiàn)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，利用衛星建成寬帶衛星接入系統是比較好而切合實(shí)際的方案，經(jīng)濟又可靠。

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

四、無(wú)線(xiàn)技術(shù)綜合比較

目前無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補性日趨鮮明。這主要表現在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無(wú)縫覆蓋和強漫游的移動(dòng)性需求，WLAN可解決中距離的較高速數據接入，而UWB可實(shí)現近距離的超高速無(wú)線(xiàn)接入。

首先，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒(méi)有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準，只是沒(méi)有統一的國際標準，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標準化工作，并且都進(jìn)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(shù)、WMN均使用的是開(kāi)放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權頻段。

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

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

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

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

五、無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應用及展望

目前，在電網(wǎng)電力系統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(zhù)電網(wǎng)對災難應急、配網(wǎng)自動(dòng)化、辦公智能化等需求的提出，無(wú)線(xiàn)通信將以其迅速部署、不受地面限制等特點(diǎn)尋求到在電力系統通信中的應用。因此，無(wú)線(xiàn)通信可以成為電力系統通信的一個(gè)重要補充手段，為電力系統構建綜合通信網(wǎng)提供非常重要的一個(gè)部分。