5G关键技术及其在智慧能源行业应用探讨

2020-12-11刘永旺赵向帅

电子元器件与信息技术 2020年8期

刘永旺，赵向帅

（山东省邮电规划设计院有限公司，山东济南 250101）

0 引言

我国的信息技术在全世界中是占据领先地位的，因此这也是我国能在通信技术上弯道超车的关键。更加快捷的网速这对于信息技术的普及具有非常巨大的作用。智慧能源，这是最新提出的一个概念，其最主要指的是对能源从生产到终端应用的整个过程进行智能化，利用机械代替人类的工作，这样可以大大地降低工作人员的工作量，提高工作的效率。

1 技术应用分析

1.1 应用场景

1.1.1 uRLLC型应

在这种应用场景目前最典型的就是汽车的自动驾驶，目前这样技术已经完全成熟了，并且已经有可以上路的智能汽车了，这种充分体现了5G技术具有即时并且可靠的特点，简单来讲就是传输速度快。根据5G技术的理论，整个传输通道的下载速度能达到1.25Gb/s，这是一个非常快的速度，基本上整个信息传输通道是没有延迟的，可以大幅度地提高自动驾驶的安全性。当然这个应用场景在智慧能源行业可以发挥重要的作用，比如说远程进行维修等，这些都是这个应用场景的成果[1]。

1.1.2 eMBB型

在这种应用场景体现的是5G通信过程中的高能需求，也就是传输通量比较大，可以快速并且准确地将某些很大的数据进行传输。目前最好的应用代表是VR，VR技术不仅仅可以应用于游戏中，而且还可以应用到各行各业中，对于提高各行各业基础培训具有重要的意义。目前5G技术和VR技术的结合可以很好地实现信息的同步展示，并且这其中包括超级网络下载。和4G技术相比，其可以一秒钟下载一部大小为2G的高清电影，这会使得信息的交流更为快捷。

1.1.3 mMTC型

这种应用场景主要体现的是5G技术的宏观层面，即可以同时处理海量的机器通信需求。智慧城市就是整个应用场景的主要代表，在智慧城市中需要有超前的链接功能，实现整个环节信息的连接性以及共享性，并且物联网以及互联网会出现高度的融合，最后实现万物互联的场景。目前这个应用场景已经在我国的很多城市进行了试行，通过这种智能化的管理方式，让城市的管理更高效了，并且对于降低城市的管理成本有很好的效果[2]。

1.2 关键技术

1.2.1 智能化技术

智能化这是5G技术的未来发展趋势，我国目前智能化研究已经处于世界第一梯队，而且互联网技术的发展已经可以实现局部的物联网，越来越多的智能产品进入了人们的生活以及工作中。以5G技术为应用基础的云平台，其可以实现多种智能产品的相互联系，并且以此为基础形成一个大的数据库，然后在这个数据库会被大数据技术进行整理和分析，在这个过程中5G技术的服务水平将会提高，其服务的质量也会相应提高，进而扩大5G的应用场景，甚至可以进行定制化的个性服务[3]。

1.2.2 多天线传输技术

这项技术我国目前还处于初步的发展阶段，还没有得到进一步的完善，但是这个技术也是5G通信技术的一个关键技术，其可以通过应用天线来提升网络频谱的利用效率，这可以大大减少通信的成本，这对于提高5G通信的应用范围以及效果具有重要的意义。此外，这项技术可以扩大通信网络的覆盖范围，也就是说在同一个范围内，可以布置更少的通信基站，这可以大大减少运营商的成本，进而从侧面减少了通信网络的使用成本，使得5G技术能被广泛应用，并且被所有人接受。

1.2.3 同时同频双全工技术

传输效果决定了通信技术的应用，目前通信都是用的是电磁波，其传输的效果很容易受到外界环境的影响。5G技术使用了同时同频的双全工技术，这可以很大程度的减少环境因素对于通信稳定性的影响，进而提高信息传输的稳定性，保证了用户的使用质量。这项技术其主要应用了接受同频信号时消除发射机干扰信号的原理，进而提高了信息频谱的效率。随着技术的进步以及5G技术的应用，该技术逐渐成熟，能够有效保障通讯的稳定性与可靠性。

1.2.4 新型网络构架技术

随着社会的发展，通信业务也在不断发生着变化，新业务不断出现使得业务的有效整合就成为一个比较困难的问题。而目前唯一能解决这个问题的就是自组织网络，自主组织网络可以实现网络虚拟化，进而促进业务的有效整合。而自组织网络技术和5G技术结合之后会提高通信技术的互动功能，这种新型网络架构技术使得信息储存平台更加稳定，并且通信的质量更好。尤其是对于无线网络，利用其云端的优势，将数据以及峰值的速率结合起来，这可以清晰明白地凸显出通信技术的优势，而且也提高了应用的质量。

1.2.5 密集网络技术

密集网络技术应用主要是利用庞大的数据流量对周围区域进行覆盖，然后对覆盖的形式进行调整与改进的技术，其可以增强网络技术的密集性以及多元化[4]。目前我国的网络覆盖率已经十分广泛了，因此目前对网络覆盖要求不仅仅要满足室内用户的需要以及需求，还需要将通信的业务拓展到室外，只有这样才可以扩大通信网络的覆盖程度，并且提高数据的容量，进而创造更多的社会效益以及经济效益，尤其是对于运营商来讲，这可以大大地提高其经济效益，并且也提高用户的使用满意度。此外，这种技术可以减少信噪比，对于提高5G通信技术的应用效果具有很好的作用。

2 应用探讨

2.1 应用需求分析

对于智慧能源的发展我国已经出台了相应的指导文件，其中就对我国智慧能源行业提出了安全、可靠以及绿色、高效的发展目标[5]。所以目前我国的智慧能源发展主要会集中在五个领域中。第一个领域为清洁友好的发展，目前这部分主要是提高清洁能源在发电领域的占比，并且很多火电厂都进行了技术的改进，降低了污染排放；第二个是输变电技术更加安全以及高效，目前我国拥有时间上最先进的高压输变电技术；第三个是配电的灵活以及可靠，这对于节省电能以及保障用电需求是非常重要的，毕竟我国的能源消耗需求以及生产量都是不平均的，东部地区的能源缺口比较大；第四个为多样化的智慧能源使用形式，这部分的内容我国的建设时间比较短，目前还处于初级阶段；第五个领域为能源互联网，这可以大大地提高能源的应用效率，进而促进生产力的发展。其实从本质来讲，上面的这个五个领域涵盖了电力生产、输送以及使用的整个流程，也就是对整个电力能源行业进行智能化的改造，提高电力的使用效率，降低电力的各项成本，在保障输送安全的情况下，提高人们的使用稳定性以及安全性。

2.2 应用技术要求

5G技术我国是处于领先地位的，对于我国网络安全性的保障具有非常重要的意义。目前我国已经建成了数据通量达到35kV以上的主干通行网络，但是面对庞大的数据交流，这个主干光纤网络的传输速度在有时也会降低。但是利用5G技术可以将整个骨干通行网络的数据通行进行合理的分配，进而达到保障数据通信没有延迟的要求，实现电信网络的灵活接入[6]。

我国的光纤网络建设在全世界都是十分领先的，基本上覆盖了我国所有的有人区域，覆盖面积十分的广。不过因为我国的城镇化率比较低，所以光纤的覆盖成本比较高，并且维护成本也比较高。如果利用国有的光纤网络对输电网络进行实时的监管以及维护，那么信息在传输的过程中可能出现失真或者是延迟的情况，对于电网的安全性维护极为不利。不过目前我国电网的自动化正在不断完善，主要发展方向为“泛在化、全覆盖”。这就需要5G这种新技术的应用才可以支撑起我国庞大电网的智能化以及自动化的改造。

智能电网的应用主要集中在配电网，通过智能电网的应用，可以丰富电力的应用方式，并且对企业等用电高峰期进行合理的保障，在维护了电网安全运行的同时也降低了企业的用电成本，进而促进了当地的经济及发展。原先的用电需求是以电网的供应能力为基础的，因此为了保障企业以及人们的用电需求，很多电力基础设施都是重复建设的，这就提高了电网的建设成本；但是利用5G技术，就可以从业务需求方面进行用电的配给，在这个过程中当地的电力公司可以对企业等用电大户进行用电分析，在其用电高峰期保障用电的需求，而在其用电较少的时候可以将电力恢复正常，这提高了电网的调度能力，并且也有利于用电成本的降低。

2.3 应用细节探讨

5G技术在智慧能源的应用主要可以分两个方面，第一个就是控制类的应用场景，而另外一种是采集类的应用场景。所谓的控制类应用场景，主要是集中在配电管理的智能化，以及对于用电量的总调控[7]。我国的能源结构十分的不均匀，“西电东送”是我国解决能源不均衡的重要手段，而这也是我国对于电力分配的重要调控手段。配电终端是进行电力分配的重要装置，将这些设备进行全国性的联网，那么就可以完成全国范围内的电力调配工作。但是这个过程就需要使用到5G技术，只有这种技术拥有大量数据同时传输的能力，并且传输的速度很快，这也就代表着配电的反应时间很短，对于保护基础配电设施有很好的助力。

采集类的应用场景主要包括大量数据的收集以及极端，还有实时视频的应用。简单来讲就是利用控制类的场景对全国各个配电站进行链接，然后利用智能化以及自动化的手段对配电站的运行数据进行收集，然后再通过计算对相应的数据进行处理，最后作为配电的决策依据[8]。我国的通讯链接方式是点点链接，这是额度主站的系统也开始逐步的下沉，这种特点也给智能电网的全国性控制提供了基础。在5G技术的应用场景中，对于电网各处的信息采集将会缩短，这可以实现对信息的精准控制，并且利用大数据可以对用户的用电习惯进行分析，进而对于控制电价以及电力高峰期有很好的帮助。其次，输电线路的安全性决定了用电的稳定性，目前大部分的高压输电检修都是由人工进行的，这对于工作人员的生命安全造成了威胁，但是利用5G技术可以采取远程机器人检修的方式，这不但可以保护一线检修人员的生命安全，而且还可以提高检修的精准性。