無線網(wǎng)絡(luò)智能通在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉剛 孫志銳 艾玲梅 徐建華 吳艷軍

摘 要：針對用電信息采集系統(tǒng)中的信號盲區(qū)導(dǎo)致系統(tǒng)采集成功率低的問題，結(jié)合當(dāng)前解決信號盲區(qū)問題的研究現(xiàn)狀，研發(fā)出了一種可以有效解決信號盲區(qū)問題、顯著提高用電信息采集成功率的新設(shè)備——無線網(wǎng)絡(luò)智能通，并討論了無線網(wǎng)絡(luò)智能通在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：用電信息采集系統(tǒng)；無線網(wǎng)絡(luò)智能通；智能電網(wǎng)；信號盲區(qū)

引言

隨著計算機(jī)及通信技術(shù)的發(fā)展，電力行業(yè)正逐步向信息化、智能化方向發(fā)展，智能電網(wǎng)是電力行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。用戶用電信息實時采集是構(gòu)建未來智能電網(wǎng)的關(guān)鍵；傳統(tǒng)人工抄表方式已無法滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，用戶用電信息采集系統(tǒng)的全覆蓋是實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息化的基礎(chǔ)。目前國網(wǎng)XX供電公司（以下簡稱XX）已經(jīng)實現(xiàn)用電信息采集建設(shè)的全覆蓋。但是由于受到運營商網(wǎng)絡(luò)的限制，一些采集終端的安裝位置沒有運營商的網(wǎng)絡(luò)信號，導(dǎo)致用電信息采集系統(tǒng)不能正常工作。例如，在高層地下室由于存在公網(wǎng)運營商信號盲區(qū)，用電信息采集系統(tǒng)無法采集用戶的用電信息。此時，還需進(jìn)行人工干預(yù)，造成人力、物力、財力的浪費。由于存在信號盲區(qū)，當(dāng)前用電信息采集系統(tǒng)的信息采集成功率還比較低，僅為70%左右，因而迫切需要研發(fā)出能解決信號問題的新設(shè)備。

近年來，研究者們不斷將一些用于解決信號問題的新設(shè)備用于用電采集系統(tǒng)中，但在應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定、對無線公網(wǎng)造成影響、支持距離短（10～20米）等問題。文章針對用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用問題研發(fā)出了一種新設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)智能通，該設(shè)備天線與主機(jī)最遠(yuǎn)支持距離高達(dá)100米，具有運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠、對網(wǎng)絡(luò)無干擾等優(yōu)點，能顯著提高信息采集成功率。

1 無線網(wǎng)絡(luò)智能通的原理

無線網(wǎng)絡(luò)智能通采用了移動通信領(lǐng)域的無線中繼原理，在這個基礎(chǔ)上針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的問題，結(jié)合專利技術(shù)，做到既能快速、高效、低成本的解決運營商網(wǎng)絡(luò)信號弱覆蓋、無覆蓋、覆蓋不穩(wěn)定的問題，又能不影響運營商的網(wǎng)絡(luò)，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越目前傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的放大器水平，圖1為該設(shè)備的電路原理圖。

圖1設(shè)備的電路原理圖

如圖1所示，該設(shè)備主要是通過低噪聲放大器（LNA）、聲表面濾波器（SAW）、高線性放大器（HPA）、數(shù)字處理單元對運營商的無線網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行濾波和放大，實現(xiàn)增加信號覆蓋范圍的功能。同時該設(shè)備采用了數(shù)字ALC電路設(shè)計，實現(xiàn)了增益的動態(tài)自動調(diào)節(jié)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性。

2 無線網(wǎng)絡(luò)智能通的優(yōu)點

無線網(wǎng)絡(luò)智能通具有以下優(yōu)點：

（1）通過上下行增益自動聯(lián)動功能，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)智能通對上行底噪干擾的處理。傳統(tǒng)放大器主要針對大面積的無線覆蓋，發(fā)射功率較大，多在0.5W-20W。定位不同對基站的干擾也不同。如發(fā)射功率10W（40dBm）的放大器，接收天線的點平一般需要-50dB到-80dBm，發(fā)射功率越大，它的上下行增益也要很大才能達(dá)到覆蓋要求。由于增益過大就會容易產(chǎn)生自激，并且由于上下行增益的擴(kuò)大，底噪也會相應(yīng)放大，通過天線發(fā)送到基站端的底噪會比較大，對基站產(chǎn)生干擾。

一臺10W的放大器就會比基站的噪底高出2dB，這大大限制了放大器的使用。如果多臺放大器則影響更大。

無線網(wǎng)絡(luò)智能通的目標(biāo)區(qū)域都是無線覆蓋的盲區(qū)，也就是距離基站路損大，隔離大的區(qū)域，下行覆蓋的都是封閉空間，不會泄漏到外部，談不上對其他基站的干擾。無線網(wǎng)絡(luò)智能通的上行信號向公共空間發(fā)射，但在放大有用信號的同時也放大了噪聲。但可以通過信號處理使無線網(wǎng)絡(luò)智能通到達(dá)基站的噪底很小。

一臺無線網(wǎng)絡(luò)智能通就會比基站的噪底低出28dB，使用500臺無線網(wǎng)絡(luò)智能通不過提高基站的噪底3dB，完全在基站的承受范圍之內(nèi)?？蓪崿F(xiàn)比較分散的信號盲區(qū)覆蓋。

（2）通過數(shù)字ALC技術(shù)（增益自動控制技術(shù)）、隔離度檢測技術(shù)保證系統(tǒng)不會工作在自激狀態(tài)。如果天線隔離度不滿足系統(tǒng)的安裝要求，通過隔離度檢測技術(shù)檢測到天線隔離度不夠，那么設(shè)備的指示燈會亮，提示系統(tǒng)工作在隔離度不夠的狀態(tài)。通過數(shù)字ALC技術(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益，控制設(shè)備降低增益，直到隔離度檢測模塊檢測到，不產(chǎn)生放大自激為止，這樣通過被動的降低增益可以有效地保護(hù)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的安全性。其中數(shù)字ALC技術(shù)可以實現(xiàn)高動態(tài)范圍的增益控制。

（3）上行關(guān)斷定時重啟功能。當(dāng)數(shù)字ALC調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益減小到最低增益，但天線隔離度仍不夠，系統(tǒng)仍然處于自激狀態(tài)，會自動關(guān)閉末級功放，原則是犧牲覆蓋范圍來保證此無線網(wǎng)絡(luò)智能通不會出現(xiàn)自激現(xiàn)象，不會對整個網(wǎng)絡(luò)造成不好的影響。

（4）基于模擬域和數(shù)字域相結(jié)合的反相抵消技術(shù)，可以將自身發(fā)射天線引起的反饋干擾反相并消除，從而有效提高無線網(wǎng)絡(luò)智能通系統(tǒng)隔離度。如上所述，放大器系統(tǒng)存在嚴(yán)重的耦合干擾，傳統(tǒng)做法是盡可能地加大施主天線和覆蓋天線之間的空間間距，并通過其他方法如增加障礙物等做法來保持兩天線之間足夠的隔離度。而這些看似簡單的方法往往會引發(fā)施工中的難度，即給放大器選址增加了很大的難度，尤其是對于密集城區(qū)，本已擁擠的環(huán)境中更難找到合適的安裝場地；同時，單從外觀方面考慮，兩天線拉的較遠(yuǎn)會影響建筑物的美觀，引發(fā)建筑商的抵觸。為了解決上述問題，自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)應(yīng)運而生。基于最小均方誤差（LMS）算法的自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)原理。

（5）前置放大電路：采用前置天線放大電路，不僅能提高系統(tǒng)的靈敏度，還可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和覆蓋距離。

3 結(jié)束語

文章從用電信息采集系統(tǒng)的實際問題出發(fā)，分析了用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及亟需解決的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一種能用于解決信號覆蓋問題、顯著提高用電信息采集系統(tǒng)采集成功率的新設(shè)備——無線網(wǎng)絡(luò)智能通。該設(shè)備的使用將推動電力行業(yè)的信息化和智能化向更高水平邁進(jìn)。