輸電架空光纜斷裂旁通應急方式和裝置研究

文/王賢亮 謝一 陳虹 趙華 楊敏

1 引言

電網通信是智能電網不可分割的一部分，目前國家電網已建成了覆蓋大部分地區的以有線光纖通信為主的通信網絡，主變電站采用SDH或PTN等設備組網，配網系統主要采用GPON/EPON實現聯網。光通信網絡承載的業務系統有調度通信系統、視頻監控系統、營業辦公系統、視頻會議、遠程抄表和遠程控制等重要業務系統。

光纖線路容易受到自然災害、人為破壞、設備故障等因素影響而引起通信中斷，并且由此給電網的運營管理帶來重大影響和損失，因此實現一種通信應急技術和方法，以便在光纖線路或光設備故障時臨時恢復重要通信業務，尤其重要。

2 總體設計

本文研究一種輸電架空光纜斷裂旁通應急方式和裝置，實現在光纖斷裂的狀態下快速架設無線通道并恢復重要通信業務，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多業務接入單元組成。該套裝的運用方式和無線設備原理如圖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無線設備直接建立無線通道，完成無線應急通信。

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，完成無線應急通信。

2.3 更廣泛的運用

如上可知，設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）如圖3。

2.4 無線設備原理圖

如圖4所示，本項目無線設備采用FPGA作為主處理器，以及ADC和DAC、驅動放大和降噪處理，實現IP數據以無線方式發送和接收，并采取了如下技術：OFDM調制技術：現時無線通信最先進的調制方式，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；定制交織器:針對長距離傳輸和非視距傳輸設計可有效對抗傳輸中信號衰落引起的錯誤；軟件無線電:可以靈活根據不同的應用對通信協議進行定制修改。基于流傳輸機制，不僅可連續跟蹤多種信號失真，而且系統效率高于包傳輸機制，數據結構如圖5。

3 關鍵技術

3.1 毫米波MIMO無線傳輸技術

圖4

圖5

圖6

本項目的無線通信采用了毫米波大規模多輸入多輸出（MIMO）無線傳輸技術，該技術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最具潛力的技術之一。在物理層傳輸層面，基于大規模多輸入多輸出（MIMO）的無線傳輸技術能夠深度利用空間維度的無線資源，進而顯著提升系統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 快速架設無線站點的方法和技術

本項目采用氣動升降桿裝置，無線設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

無線通信的發射與接收之間介質是無線信道，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。在設計無線通信數據鏈路時：

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

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

（3）信道模型的參數是時變的，接收機設計考慮了信道參數快速變化的因素。

4 研發管理

根據本項目技術特點，我們在對項目裝置研發過程中進行嚴格技術管理，制定技術路線圖（如圖6），取得了預期的技術成果。

5 小結

裝置具有如下功能和特點：

（1）基于FPGA技術設計的遠距離寬帶無線系統；

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

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

（4）采用QPSK，16QAM，64QAM，256QAM，ACM動態自適應編碼調制；

（5）接收靈敏度可達-88.6dBm ；

（6）可承載和實現話音、視頻、數據等寬窄帶多業務的接入和傳輸；

（7）系統架設迅捷、方便，提高應急使用效率；

（8）應具有電信級產品品質；

（9）易于安裝和維護；

（10）可實現設備網管；

（11）業務通道容量與傳輸距離有關，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。