輸電架空光纜斷裂旁通應(yīng)急方式和裝置研究

文/王賢亮 謝一 陳虹 趙華 楊敏

1 引言

電網(wǎng)通信是智能電網(wǎng)不可分割的一部分，目前國家電網(wǎng)已建成了覆蓋大部分地區(qū)的以有線光纖通信為主的通信網(wǎng)絡(luò)，主變電站采用SDH或PTN等設(shè)備組網(wǎng)，配網(wǎng)系統(tǒng)主要采用GPON/EPON實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。光通信網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有調(diào)度通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、營業(yè)辦公系統(tǒng)、視頻會議、遠(yuǎn)程抄表和遠(yuǎn)程控制等重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

光纖線路容易受到自然災(zāi)害、人為破壞、設(shè)備故障等因素影響而引起通信中斷，并且由此給電網(wǎng)的運營管理帶來重大影響和損失，因此實現(xiàn)一種通信應(yīng)急技術(shù)和方法，以便在光纖線路或光設(shè)備故障時臨時恢復(fù)重要通信業(yè)務(wù)，尤其重要。

2 總體設(shè)計

本文研究一種輸電架空光纜斷裂旁通應(yīng)急方式和裝置，實現(xiàn)在光纖斷裂的狀態(tài)下快速架設(shè)無線通道并恢復(fù)重要通信業(yè)務(wù)，該套裝主要由天線升降桿、基站與控制一體化單元、天線與饋線、IPMUX多業(yè)務(wù)接入單元組成。該套裝的運用方式和無線設(shè)備原理如圖1、圖2、圖3、圖4。

圖1

圖2

圖3

2.1 點對點

如圖1所示，站點1和站點2之間的光纜斷裂，如果兩個站點之間無遮擋，可在兩個站點之間架設(shè)無線設(shè)備直接建立無線通道，完成無線應(yīng)急通信。

2.2 點對多點

如圖2所示，站點1和站點2之間的光纜斷裂，如果存在遮擋，可采用迂回方式建立無線通道，完成無線應(yīng)急通信。

2.3 更廣泛的運用

如上可知，設(shè)備具有點對點和點對多點功能，擴展運用（不在本項目范圍內(nèi)）如圖3。

2.4 無線設(shè)備原理圖

如圖4所示，本項目無線設(shè)備采用FPGA作為主處理器，以及ADC和DAC、驅(qū)動放大和降噪處理，實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送和接收，并采取了如下技術(shù)：OFDM調(diào)制技術(shù)：現(xiàn)時無線通信最先進的調(diào)制方式，可以有效對抗無線通信信道的回波和衰落；LDPC糾錯碼：LDPC是能逼近通信極限容量的最好的糾錯碼，可大幅提高通信距離和可靠性；MIMOOFDM:最新的提高通信速率的技術(shù)；定制交織器:針對長距離傳輸和非視距傳輸設(shè)計可有效對抗傳輸中信號衰落引起的錯誤；軟件無線電:可以靈活根據(jù)不同的應(yīng)用對通信協(xié)議進行定制修改?；诹鱾鬏敊C制，不僅可連續(xù)跟蹤多種信號失真，而且系統(tǒng)效率高于包傳輸機制，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖5。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 毫米波MIMO無線傳輸技術(shù)

圖4

圖5

圖6

本項目的無線通信采用了毫米波大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）無線傳輸技術(shù)，該技術(shù)能夠拓展利用新頻譜資源，深度挖掘空間維度無線資源，大幅提升無線傳輸速率，是未來無線通信系統(tǒng)最具潛力的技術(shù)之一。在物理層傳輸層面，基于大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）的無線傳輸技術(shù)能夠深度利用空間維度的無線資源，進而顯著提升系統(tǒng)頻譜效率和功率效率。而另一方面，在載波頻段的層面，由于當(dāng)前6GHz以下蜂窩頻段頻譜資源的短缺，利用毫米波頻段實施無線通信前景廣闊。

3.2 快速架設(shè)無線站點的方法和技術(shù)

本項目采用氣動升降桿裝置，無線設(shè)備主機和天線采用抱箍安裝，供電采用POE方式。

3.3 無線通道的干擾和延時處理

無線通信的發(fā)射與接收之間介質(zhì)是無線信道，電磁波在信道中傳輸。而無線信道的條件是惡劣的，存在各種噪聲干擾，如典型的高斯加性白噪聲。信道中傳送電磁波信號時，信道介質(zhì)對信號起各種作用，有反射、衍射、折射、吸收以及遮擋等等。另外，信道環(huán)境自身特性也在變化中，使信道具有時變性和時間擴展性這兩個特征。在設(shè)計無線通信數(shù)據(jù)鏈路時：

（1）我們考慮了電磁波的衰落和功率損耗，信號需要達到系統(tǒng)要求的信噪比才能被接收機檢測到；

（2）考慮了多徑效應(yīng)引起信號的畸變，接收機對信號畸變能否忽略，預(yù)測或者消除掉；

（3）信道模型的參數(shù)是時變的，接收機設(shè)計考慮了信道參數(shù)快速變化的因素。

4 研發(fā)管理

根據(jù)本項目技術(shù)特點，我們在對項目裝置研發(fā)過程中進行嚴(yán)格技術(shù)管理，制定技術(shù)路線圖（如圖6），取得了預(yù)期的技術(shù)成果。

5 小結(jié)

裝置具有如下功能和特點：

（1）基于FPGA技術(shù)設(shè)計的遠(yuǎn)距離寬帶無線系統(tǒng)；

（2）采用2.4GHz/5GHz免申請頻段(支持70MHz-6GHz全頻段) ；

（3）采用OFDM調(diào)制、LDPC糾錯碼、MIMO多天線、軟件無線電等先進無線通信技術(shù)；

（4）采用QPSK，16QAM，64QAM，256QAM，ACM動態(tài)自適應(yīng)編碼調(diào)制；

（5）接收靈敏度可達-88.6dBm ；

（6）可承載和實現(xiàn)話音、視頻、數(shù)據(jù)等寬窄帶多業(yè)務(wù)的接入和傳輸；

（7）系統(tǒng)架設(shè)迅捷、方便，提高應(yīng)急使用效率；

（8）應(yīng)具有電信級產(chǎn)品品質(zhì)；

（9）易于安裝和維護；

（10）可實現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)管；

（11）業(yè)務(wù)通道容量與傳輸距離有關(guān)，本項目在滿足最基本的通信要求的條件下，最大視距范圍可達100km。