5G移動通信技術和光纖通信技術在電力通信中的應用

方精干，王蓓蕾

（中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450007）

0 引 言

電力通信中需要應用多種多樣的先進技術。其中，5G移動通信技術和光纖通信技術的應用是當前的主要發(fā)展趨勢，不僅可以有效滿足現(xiàn)階段電力通信系統(tǒng)的實際需求，而且能夠推動電力通信系統(tǒng)的進一步改革與發(fā)展。因此，本文重點對5G移動通信技術和光纖通信技術在電力通信中的應用展開深入研究。

1 5G移動通信技術在電力通信中的應用

1.1 5G移動通信技術簡介

5G移動通信技術即第5代移動通信技術。與以往的2G移動通信技術、3G移動通信技術以及4G移動通信技術一樣，5G移動通信技術屬于數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡技術的一種。數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡技術的特點是將服務區(qū)域劃分為若干個蜂窩，將模擬信號在移動終端設備中數(shù)字化，并在轉換后作為比特流進行傳輸。5G移動通信技術是在蜂窩網(wǎng)絡中應用5G無線設備發(fā)出無線電波，與本地天線陣、發(fā)射機以及接收機相結合實現(xiàn)通信。其中，發(fā)射機和接收機從公共頻率池中進行頻道分配，且在分離的蜂窩中可以重復使用頻道；本地天線則與電話網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)相連接，常見的連接形式有高帶寬光纖和無線回程等。當用戶從一個蜂窩至另一個蜂窩時，移動終端設備也會自動切換新蜂窩中的天線[1]。5G移動通信技術在研發(fā)之初的目標在于提高數(shù)據(jù)速率、增大系統(tǒng)容量、減少延遲、節(jié)省能源、實現(xiàn)大規(guī)模設備連接以及降低成本?，F(xiàn)在的5G移動通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到10 Gb/s，約為上一代4G移動通信技術的百倍。與有線互聯(lián)網(wǎng)相比，5G移動通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率更快。在延遲方面，4G移動通信技術為30～70 ms，而5G移動通信技術不足1 ms。5G移動通信技術不僅可以在手機網(wǎng)絡方面發(fā)揮重要價值，而且在家庭網(wǎng)絡和辦公網(wǎng)絡等中可以替代有線互聯(lián)網(wǎng)。此外，在電力通信等社會諸多領域，5G移動通信技術均具有重要的應用。

1.2 5G移動通信技術在電力通信中的具體應用

1.2.1 物聯(lián)技術

物聯(lián)技術基于5G移動通信技術可以實現(xiàn)各種設備之間的有效聯(lián)通和對設備的遠程智能操控。早在4G移動通信技術時期，物聯(lián)技術就已經(jīng)得到了初步發(fā)展。在4G移動通信技術下，部分家電設備能夠與智能手機相連接，從而使用戶可以利用智能手機遠程智能操控家電設備。但是，4G移動通信技術的網(wǎng)絡速度和信息連接能力有限，只能夠實現(xiàn)對部分設備的連接，無法真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)。5G移動通信技術有效沖破了4G移動通信技術的限制，擁有更大的數(shù)量流量和更廣的覆蓋范圍，單位面積的聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量約為4G移動通信技術的百倍，能夠實現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)。在電力通信領域中，通過將5G移動通信技術與電力通信系統(tǒng)相結合，可以在不受設備內(nèi)部結構限制的前提下進一步擴大物聯(lián)網(wǎng)絡規(guī)模。不僅可以有效減少移動終端設備的流量消耗，降低網(wǎng)絡建設成本，還能夠支持各種任務之間的相互聯(lián)系，從而提升電力通信水平和效率。

1.2.2 人工智能

人工智能亦稱AI、智械以及機器智能等，是指人造機器所表現(xiàn)出來的智能和通過計算機程序所呈現(xiàn)出的智能。人工智能是一門自然科學與社會科學相交叉的邊緣學科。人工智能的核心是建構與人類相似乃至超過人類的知識、學習、推理、規(guī)劃、感知、交流、移物、使用工具以及操控機械等能力。人工智能具備龐大的數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)對信息關鍵詞的快速檢索和精確篩選。近年來，人工智能獲得了迅速發(fā)展，在很多領域得到了廣泛應用并取得了豐碩成果，包括電力通信領域。利用5G移動通信技術，人工智能的發(fā)展邁入了一個新階段。5G移動通信技術的數(shù)據(jù)速率高、數(shù)量傳輸流量大以及網(wǎng)絡延遲低，十分符合人工智能的需求。電力通信系統(tǒng)通過基于5G移動通信技術下的升級版人工智能，可以進一步改革硬件平臺。例如，借助人工智能的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可以根據(jù)現(xiàn)場的電力通信情況合理選擇通信方式與網(wǎng)絡結構，并通過不斷優(yōu)化來確保電力通信系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行[2]。

1.2.3 大數(shù)據(jù)技術

大數(shù)據(jù)是指規(guī)模巨大與類型復雜的數(shù)據(jù)集合，主要依托于計算機網(wǎng)絡技術、信息技術以及數(shù)字技術等高新科學技術。這些技術是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)捕獲、存儲、分析、處理以及預測等能力的基礎。大數(shù)據(jù)的特征可以總結為4點。一是體量大，具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)規(guī)模龐大和數(shù)據(jù)增長迅速快。二是多樣性，具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)類型繁多和數(shù)據(jù)構成復雜。三是價值高，具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)應用范圍廣和數(shù)據(jù)應用頻率高。四是速度快，具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)時效性強和數(shù)據(jù)處理迅速。5G移動通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率約為4G移動通信技術的百倍，意味著在單位時間內(nèi)5G移動通信技術所創(chuàng)造的數(shù)據(jù)量將呈幾何級增長，且萬物互聯(lián)下的感知層也將產(chǎn)生更加海量的數(shù)據(jù)，從而驅動數(shù)據(jù)量快速增長[3]?？梢?，基于5G移動通信技術，大數(shù)據(jù)技術的應用高度、深度以及維度都將得到進一步擴展。近年來，隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力通信數(shù)據(jù)不斷增多。針對海量的電力通信數(shù)據(jù)，需要通過5G移動通信技術下的大數(shù)據(jù)技術進行有效采集、分析、評估以及處理。

1.2.4 云端技術

云端技術的實現(xiàn)離不開網(wǎng)絡。隨著云端技術層次的不斷提高，人們對網(wǎng)絡速度和數(shù)據(jù)流量的需求越來越高，而5G移動通信技術有效滿足了其實際需求。云端技術應用5G移動通信技術，不但可以實現(xiàn)大量文件的快速上傳，還能夠有效保證文件的安全性與完整性。5G移動通信技術下的云端技術在電力通信系統(tǒng)中的作用包括以下3個方面。一是可以準確分析用戶特點和需求，再根據(jù)分析結果為用戶推送更加智能化和更加符合用戶特點和需求的內(nèi)容，提高通信質量。二是可以歸納、儲存以及分析系統(tǒng)中所涉及的各類電力設備的日常運行數(shù)據(jù)，并及時發(fā)現(xiàn)設備運行中的異常，以便第一時間找出異常原因并制定解決方案。三是可以實現(xiàn)向移動終端設備層面的進一步發(fā)展，為電力通信工作人員研制更加方便快捷的信息平臺。

2 光纖通信技術在電力通信中的應用

2.1 光纖通信技術簡介

光纖通信技術是一種利用光導纖維傳輸信號進行信息傳遞的通信模式。在實際應用中，整個光纖通信系統(tǒng)是由許多光纖聚集而成的光纜構成的[4]。光纖通信技術主要具有以下幾項特點。一是傳輸容量大。光纖一次性可收納的電視頻道能夠達到上百萬，可見光頻率比傳統(tǒng)的VHF高很多。二是保密性好。光導纖維的主要材質是石英，一方面能夠傳光，另一方面不導電且不受電磁場影響，可以保證通信傳輸?shù)谋Ｃ苄?，使信息不易被竊取。三是性能可靠。光纖不但設備數(shù)量較少，而且設備的使用壽命較長，決定了光纖通信設備極為可靠，不易發(fā)生通信系統(tǒng)故障。四是消耗量小。與一般的同軸電纜相比，光纖的消耗量小得多。雖然光纖的傳輸距離遠長于一般的同軸電纜，但其在傳輸過程中卻不會受環(huán)境影響而引起過大的消耗。

2.2 光纖通信技術在電力通信中的具體應用

2.2.1 光纖復合地線

光纖復合地線在我國電力通信系統(tǒng)中的應用十分廣泛。光纖復合地線可以看作是一種地線復合光纜，具有良好的可靠性與穩(wěn)定性。應用光纖復合地線時，幾乎不用開展煩瑣的運維工作即可保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定運行[5]。但是，光纖復合地線成本較高，在實際應用中多見于舊線路改造或是新線路投建。現(xiàn)階段常用的有鋁管型光纖復合地線結構、鋁骨架型光纖復合地線結構以及不銹鋼管型光纖復合地線結構3種光纖復合地線結構。電力通信系統(tǒng)利用光纖復合地線主要可以實現(xiàn)兩方面功能。一方面，通過在整個輸電系統(tǒng)中利用光纖復合地線作為防雷線，實現(xiàn)電力資源傳輸系統(tǒng)中導線的保護功能。另一方面，借助于地線中光纖的信息傳輸功能來整合架空地線與光纜的功能。在電力通信系統(tǒng)中，有效應用光纖復合地線可以大幅度提升整個電力系統(tǒng)的輸電容量，有效實現(xiàn)系統(tǒng)中架空線的高壓化、超高壓化和系統(tǒng)中架空線的有效自動化控制。目前，我國大部分城市的電力傳輸線路已經(jīng)實現(xiàn)了較廣的分布，而且線路復雜程度較高。在這種電力資源需求量日益提升的背景下，必須要應用超高壓架空線才能夠有效滿足電力資源的供給需求。超高壓架空線的需求數(shù)量呈不斷上升趨勢，充分體現(xiàn)了光纖復合地線在電力通信系統(tǒng)中的極高應用價值。

2.2.2 全介質自承光纜

目前，我國電力通信系統(tǒng)中廣泛應用了全介質自承光纜。一般情況下，在35 kV輸電線路、110 kV輸電線路以及220 kV輸電線路中會優(yōu)先選擇應用全介質自承光纜。在已組建完畢的輸電線路中，全介質自承光纜也有著較多應用。自全介質自承光纜實現(xiàn)了高壓輸電線桿上電力通信系統(tǒng)的搭建，給電力通信領域帶來的較大收益。全介質自承光纜的主要優(yōu)勢在于穩(wěn)定性強和抗干擾能力好，在多種環(huán)境下均能夠進行全介質自承光纜的架空敷設。特別是在強電場環(huán)境下，全介質自承光纜中的信號幾乎不受外界因素的干擾[6]。因此，全介質自承光纜的應用大大推動了我國電力通信領域的進步與發(fā)展。當前，在網(wǎng)絡信息技術飛速發(fā)展的背景下，社會已經(jīng)全面進入信息化時代，人們對電力通信系統(tǒng)的要求越來越高。通過在電力通信系統(tǒng)中應用全介質自承光纜，不但可以有效滿足電力通信系統(tǒng)的實際要求，還可以基于全介質自承光纜形式衍生出更多的新型電力通信業(yè)務，以推動電力通信系統(tǒng)的革新發(fā)展。全介質自承光纜之所以具有如此高的價值，主要是因為其擁有非常強大的光纖傳輸能力和光纜機械性能，可以在很多環(huán)境下表現(xiàn)出極強的適應性。全介質自承光纜的實際敷設中，它可以同高壓輸電線路一起進行敷設，施工比較方便?；谝陨蟽?yōu)勢，全介質自承光纜成為了電力通信領域的重要應用技術之一。全介質自承光纜材料本身具有較高的優(yōu)越性，大部分采用非金屬材料，特別是全介質自承光纜的外殼，采用的是聚乙烯或其他耐電痕性能好的材質[7]。全介質自承光纜的設計充分結合了我國輸電線路的實際情況和各種外界因素可能會造成的影響，如風速的影響、溫度的影響以及雨雪的影響等，因此可適用于各類高壓輸電線路情況?？偟膩碚f，全介質自承光纜在電力通信中是一種不可替代的重要光纜類型。

2.2.3 光纖傳輸組網(wǎng)

光纖傳輸組網(wǎng)在電力通信系統(tǒng)中的應用展現(xiàn)出了較高的價值，其中密集波分復用形式應用廣泛。密集波分復用形式下的光纖傳輸組網(wǎng)，是把多個不同波長的光信號整合到同一根光纖上來實現(xiàn)信息傳輸。每個相鄰光波的波長之間都具有一定的間隔，且這個間隔是特定的。間隔越小，代表光信號越多[8]。密集波分復用相鄰波長的間隔通常在1～10 mm?；诿芗ǚ謴陀媚軌驅崿F(xiàn)不同波長在同一光纖設備上的傳輸，這是光纖傳輸組網(wǎng)應用的根本目的[9]。在電力通信系統(tǒng)中實際應用密集波分復用時，隨著波長間隔距離的縮小，光信號的數(shù)量會呈上升趨勢。

3 結 論

5G移動通信技術和光纖通信技術在電力通信中的應用，深刻體現(xiàn)了現(xiàn)代電力通信系統(tǒng)發(fā)展的先進性。5G移動通信技術和光纖通信技術均是當下的前沿性技術，充分應用這兩種先進技術，能夠更好地滿足現(xiàn)階段電力通信系統(tǒng)的實際需求，從而推動電力通信系統(tǒng)的進一步改革與發(fā)展。