输电架空光缆断裂旁通应急方式和装置研究

2019-06-11王贤亮谢一陈虹赵华杨敏

电子技术与软件工程 2019年7期

文/王贤亮谢一陈虹赵华杨敏

1 引言

电网通信是智能电网不可分割的一部分，目前国家电网已建成了覆盖大部分地区的以有线光纤通信为主的通信网络，主变电站采用SDH或PTN等设备组网，配网系统主要采用GPON/EPON实现联网。光通信网络承载的业务系统有调度通信系统、视频监控系统、营业办公系统、视频会议、远程抄表和远程控制等重要业务系统。

光纤线路容易受到自然灾害、人为破坏、设备故障等因素影响而引起通信中断，并且由此给电网的运营管理带来重大影响和损失，因此实现一种通信应急技术和方法，以便在光纤线路或光设备故障时临时恢复重要通信业务，尤其重要。

2 总体设计

本文研究一种输电架空光缆断裂旁通应急方式和装置，实现在光纤断裂的状态下快速架设无线通道并恢复重要通信业务，该套装主要由天线升降杆、基站与控制一体化单元、天线与馈线、IPMUX多业务接入单元组成。该套装的运用方式和无线设备原理如图1、图2、图3、图4。

图1

图2

图3

2.1 点对点

如图1所示，站点1和站点2之间的光缆断裂，如果两个站点之间无遮挡，可在两个站点之间架设无线设备直接建立无线通道，完成无线应急通信。

2.2 点对多点

如图2所示，站点1和站点2之间的光缆断裂，如果存在遮挡，可采用迂回方式建立无线通道，完成无线应急通信。

2.3 更广泛的运用

如上可知，设备具有点对点和点对多点功能，扩展运用（不在本项目范围内）如图3。

2.4 无线设备原理图

如图4所示，本项目无线设备采用FPGA作为主处理器，以及ADC和DAC、驱动放大和降噪处理，实现IP数据以无线方式发送和接收，并采取了如下技术：OFDM调制技术：现时无线通信最先进的调制方式，可以有效对抗无线通信信道的回波和衰落；LDPC纠错码：LDPC是能逼近通信极限容量的最好的纠错码，可大幅提高通信距离和可靠性；MIMOOFDM:最新的提高通信速率的技术；定制交织器:针对长距离传输和非视距传输设计可有效对抗传输中信号衰落引起的错误；软件无线电:可以灵活根据不同的应用对通信协议进行定制修改。基于流传输机制，不仅可连续跟踪多种信号失真，而且系统效率高于包传输机制，数据结构如图5。

3 关键技术

3.1 毫米波MIMO无线传输技术

图4

图5

图6

本项目的无线通信采用了毫米波大规模多输入多输出（MIMO）无线传输技术，该技术能够拓展利用新频谱资源，深度挖掘空间维度无线资源，大幅提升无线传输速率，是未来无线通信系统最具潜力的技术之一。在物理层传输层面，基于大规模多输入多输出（MIMO）的无线传输技术能够深度利用空间维度的无线资源，进而显著提升系统频谱效率和功率效率。而另一方面，在载波频段的层面，由于当前6GHz以下蜂窝频段频谱资源的短缺，利用毫米波频段实施无线通信前景广阔。

3.2 快速架设无线站点的方法和技术

本项目采用气动升降杆装置，无线设备主机和天线采用抱箍安装，供电采用POE方式。

3.3 无线通道的干扰和延时处理

无线通信的发射与接收之间介质是无线信道，电磁波在信道中传输。而无线信道的条件是恶劣的，存在各种噪声干扰，如典型的高斯加性白噪声。信道中传送电磁波信号时，信道介质对信号起各种作用，有反射、衍射、折射、吸收以及遮挡等等。另外，信道环境自身特性也在变化中，使信道具有时变性和时间扩展性这两个特征。在设计无线通信数据链路时：

（1）我们考虑了电磁波的衰落和功率损耗，信号需要达到系统要求的信噪比才能被接收机检测到；

（2）考虑了多径效应引起信号的畸变，接收机对信号畸变能否忽略，预测或者消除掉；

（3）信道模型的参数是时变的，接收机设计考虑了信道参数快速变化的因素。