北斗短報文與4G雙模通訊在輸電線路覆冰監測通訊應用研究

劉世增 馬義剛 張華晟 高晗 李俊

本文探討一種新型基于北斗短報文芯片，配合4G通訊芯片，采用雙通道通訊方式，確保供電線路覆冰監測數據可以在任何通信環境下無縫上傳到覆冰監測主站的通信終端，在山區等常規通信信號不穩定區域，實現數據上傳的應用的新技術。

覆冰監測自動化;北斗短報文;北斗定位;數據傳輸;4G雙模

1引言

覆冰監測自動化系統是以先進的物聯網技術和數據庫應用技術為基礎，對遙信、遙測等信息進行自動采集、處理、統計、計算、分析、存儲、報表和信息發布，形成從線路塔架現場到地區局監管中心的實施天氣覆冰信息采集應用管理系統。

當前，計覆冰監測遠程通信通道包括有線和無線通道。無線通道可以解決不便于架設有線通道區域的數據上傳問題。無線通道常用的GPRS、CDMA、3G、4G等通道，往往集中在城鎮中心及住戶密集地區。但是對于多山丘陵地區，常規無線通訊網絡難以架設、投資巨大。因此，往往存在大面積的手機信號盲區，或者只有語音正常而數據服務不正常的區域，這就造成無線通訊盲區，成為覆冰監測的“黑區”。

北斗短報文自從2011年開始投入遠程覆冰監測數據傳輸以來，部分解決了偏遠地區數據采集難得問題。但是由于幾年來成本高昂，以及技術效果參差不齊，北斗短報文覆冰監測數據傳輸并未得到廣發推廣應用。本文將重點研究采用北斗短報文及4G通信一體化的創新通信技術。

2傳統北斗通訊終端與雙模北斗覆冰監測數據傳輸終端的比較

北斗雙模通訊模塊，是在電網公司規約標準下，與覆冰監測終端通訊，實現上下行數據，格式轉換合規再將數據壓縮后上傳。上傳通過外置天線，實現低功耗無源，在一線通基礎上實現數據收發上星。

在主站，衛星數據回到北斗前置通信終端，并在前置通訊服務器的接收部分實現數據接收和轉換，實現數據解壓和重組，并對不同應用系統提供數據轉接，進入到供電局系統的信息安全區內。這是本質上區別老式北斗覆冰監測數據傳輸的技術，也確保了數據采集成功率的大幅提升。

3 4G雙模北斗短報文通訊模塊的應用特點

1）無縫覆蓋所有地面區域

針對沒有GPRS信號覆蓋的區域，由于架設有線線路的巨大投資而不現實。即使架設了無線基站的區域，由于山區峰谷交疊使信號覆蓋不均，很多區域實際上不能進行GPRS數據傳輸。而即使能夠傳輸GPRS數據的區域，由于自然環境的原因，數據通道不穩定，GPRS信號時有時無。北斗衛星信號可以全面無縫覆蓋地表區域，對開放天空區域實現無死角覆蓋。

2）基于GIS的資產定位功能

北斗衛星系統的三大功能是定位、授時和短報文傳輸。應用北斗衛星通道進行遠程覆冰監測數據傳輸采集，就可以實現設備定位功能，對電力資產管理和客戶管理具有重要意義。北斗定位安全方便，可為覆冰監測數據傳輸工作對象的各類終端、臺區等提供精確北斗定位，為供電所及鄉村覆冰監測數據傳輸供電服務人員提供基于手機APP的北斗覆冰監測數據傳輸資產定位應用，對營銷服務的快速抵達具有路徑指導作用。

4 4G雙模北斗覆冰監測數據傳輸通訊模塊的硬件創新

4G雙模高功效北斗報文天線

由于采用了北斗4G雙模設計，北斗短報文收發天線也可以相應做到4G雙模和小型化。小型化的設計，就更加便捷安裝和維護。低電壓的工作電路，更延長了設備壽命，降低了故障率，提升了可靠性。天線采用成熟芯片，確保了信號兼容性，運算放大同步性以及空天波束捕捉最優化。

RDSS芯片及天線的配置，接收靈敏度直接決定了模塊對于電力數據的采集成功率。北斗RDSS擴頻技術不僅具有數據加密的基本功能，而且能夠大大的提升信號的抗干擾能力以及芯片組的接收靈敏度。RDSS收發信號的鏈路預算仍采用弗林斯傳輸公式進行預算，如下公式計算過程所示：

表示空間損耗，對于RDSS下行鏈路信號來講，空間損耗約-190dB。假設衛星的發射功率為100瓦，衛星發射天線增益為17dB，天線接收增益為3dB，則到達地面的衛星信號Pr功率約為-120dBm。在實際天空下，考慮天氣、大氣水分等對電磁波的影響，實際達到地面的微信信號會更弱一些。這樣，RDSS芯片組的接收靈敏度要求≤-120dBm;實際系統要求靈敏度達到-127.6dBm，以滿足系統能在高緯度地區也能正常使用。同理，對于RDSS上行鏈路信號來講，空間損耗約-187dB。假設地面終端設備的發射功率為5W，其他條件同上，則衛星接收到的信號約-130dBm，考慮到北斗的擴頻通信機制，衛星可準確接收地面終端發出的信號。

5結論

通過實際應用可見，在常規通信不良地區采用北斗短報文方式采集終端信息，將顯著降低運維成本，有力提高系統在線率及采集完整率。采用4G雙模北斗標準通訊模塊，建設成本較低，施工效率高，只需將采集終端直接熱插入終端即可，無需考慮無線公網覆蓋信號強度問題，便于消除信息黑區，為覆冰監測數據傳輸設備在廣泛山區定位和本地授時，提供了可靠的、免維護的，免費的通道和可靠設備。4G雙模即可降低損耗，又可確保硬件長期穩定工作。因此，基于北斗短報文的覆冰監測數據傳輸自動化系統建設，是以往覆冰監測數據傳輸自動化系統建設的有益補充

通過對基于4G雙模北斗短報文的覆冰監測數據傳輸自動化系統數據傳輸模式的探索應用，實際通過試運行發現是北斗用于遠程覆冰監測數據傳輸的迭代創新應用。上行通道采用4G雙模通信模塊北斗短報文傳輸，建設成本較原有老式北斗技術低很多，建成后運維維護成本低，運行穩定可靠，實時召測響應迅速，現場及主站施工便捷，對于進一步提高覆冰監測數據傳輸自動化系統的應用有巨大的促進作用。

參考文獻

[1]中國北斗白皮書 中國北斗辦公室 .2017

[2]衛星通信系統.王麗娜.國防工業出版社 2015.