電力無線用電信息采集通信系統(tǒng)研究范文

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【摘要】近年來，電力用戶沒有有效的手段來使用電信。因此，在本研究中，構(gòu)建了基于頻率擴(kuò)展技術(shù)的無線信息采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，可以分割傳統(tǒng)基站和射頻單元，設(shè)計兩個單元的模塊結(jié)構(gòu)。研究了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點并詳細(xì)闡述了射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)電力無線專網(wǎng)通信的優(yōu)勢，為了解決最后1km的問題，實現(xiàn)了功耗信息收集和專用網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】電力無線專網(wǎng)；用電信息采集；通信系統(tǒng)

長期以來，有關(guān)部門在進(jìn)行電力新采購過程中，由于缺乏有效的手段導(dǎo)致運用光纖通信技術(shù)時花費成本較高，覆蓋面窄，而使用電力線載波和微功耗無線時抄收率低，無法保證其可靠性。而利用無線帶寬需要向管委會申請，且存在一定難度。因此很多地區(qū)只能采用無線公網(wǎng)的方式實現(xiàn)信息采集，但利用無線公網(wǎng)方式需要支出較大費用，而且很難保證信息安全性和可靠性，無法滿足信息化背景下的智能用電需求。近年來，基于光載無線思想以及分布式基站等在移動運營過程中取得廣泛應(yīng)用。分布式基站是將計算設(shè)備的射頻和基站單元進(jìn)行分離，前者能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)端分布配置使無線信號分布覆蓋。分布式基站核心實際上就是運用射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)，在當(dāng)前無基站前提下進(jìn)行改善，能夠用射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)一步實現(xiàn)無線基站的分布化特點，提高信號的覆蓋率，能夠更為廣泛地開展用電信息采集工作。

1頻射拉遠(yuǎn)技術(shù)

頻射拉遠(yuǎn)實際上是利用軟件無線電的采集技術(shù)，能夠?qū)⒒締卧a(chǎn)生的信號以數(shù)字化的方式展現(xiàn)，通過遠(yuǎn)端的光纖，遠(yuǎn)程RF信號用于放大信號，從而實現(xiàn)信號的無線覆蓋。其具體原理如圖1所示。當(dāng)發(fā)送信號時，基帶信號可以通過濾波器，將上變頻轉(zhuǎn)換為中頻信號，然后通過A/D接口將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號處理單元完成信號的糾錯，組幀等操作并轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)流，通過光端機(jī)傳到云端。如果使用以太網(wǎng)分組格式的數(shù)據(jù)流，則可以使用EPON中心局設(shè)備將OLT傳送到遠(yuǎn)端，并且遠(yuǎn)程光收發(fā)器設(shè)備接收該信號。處理單元可以執(zhí)行數(shù)據(jù)流的糾錯，轉(zhuǎn)換和減少為數(shù)字信號。在轉(zhuǎn)換之后，信號恢復(fù)為中頻信號，并且通過上轉(zhuǎn)換形成RF信號，并且進(jìn)一步放大信號，并且在濾波之后發(fā)送RF信號。在信號接收時與上述過程相反，當(dāng)接收到射頻信號之后通過濾波進(jìn)行前置放大，在經(jīng)過向下轉(zhuǎn)換到中頻信號之后，它是通過A/D接口的數(shù)字信號，并且信號校正單元執(zhí)行信號糾錯。成幀被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流并通過光學(xué)收發(fā)器傳輸?shù)街行木治恢谩τ谝蕴袷降臄?shù)據(jù)流來說可通過EPON設(shè)備ONU傳輸?shù)骄侄耍侄说墓舛藱C(jī)OLT接受之后能夠通過數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將糾錯轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后恢復(fù)為中頻信號，將其下變頻為基帶信號，完成整個信號接收過程。無線電遠(yuǎn)程技術(shù)原理可以發(fā)現(xiàn)射頻遠(yuǎn)程分離基站設(shè)備的射頻和基帶單元。該裝置可以有效地減小裝置占用的體積，射頻和基站單元可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)使用光纖信號完成射頻單元的分布式布置。實現(xiàn)盲區(qū)覆蓋，可擴(kuò)大無線使用范圍，射頻單元在被光纖拉開后更接近覆蓋表面。因此，對天線的使用要求能夠顯著降低。

2系統(tǒng)方案設(shè)計

在基帶單元的設(shè)計過程中，基站分離后，室內(nèi)單元為基帶單元，單元由系統(tǒng)上下接口模塊，控制管理模塊，電源和其中控制管理模塊能夠用于數(shù)據(jù)交換，多級控制，網(wǎng)絡(luò)管理，信號處理模塊，能夠?qū)π盘栠M(jìn)行實時處理，包括多種形式轉(zhuǎn)換。過濾后的上行接口用于基帶單元的對象接口和協(xié)議解析，包括本地調(diào)試，遠(yuǎn)程調(diào)試，多路以太網(wǎng)接口，下行接口可以用于基帶單元的物理接口和協(xié)議解析，包括以太網(wǎng)接口和光接口，電源和防雷模塊，能夠提供多級電源，實現(xiàn)電磁干擾濾波等功能，使外部時鐘源能夠提供其他單元所需的基準(zhǔn)時鐘，它是一個獨立的時鐘源，也可以為變電站時鐘同步網(wǎng)絡(luò)提供參考時鐘。對于無線電單元，在基站分離之后，遠(yuǎn)程設(shè)備的無線電單元由數(shù)據(jù)接口，控制和信號處理模塊控制。電源等模塊共同構(gòu)成，其中射頻單元中的控制管理模塊用于警告信息采集，升級，控制測試等。數(shù)據(jù)接口能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)變換和解析，包括本地遠(yuǎn)程調(diào)試光纖接口，以太接口。信號處理模塊包括接收和發(fā)送信道，其中發(fā)送信道可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為射頻信號，包括DA轉(zhuǎn)換，變頻轉(zhuǎn)換，而接受通道能夠用于射頻信號的接收，經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，包括AD轉(zhuǎn)換，該濾波器能夠抑制由其自身發(fā)射的帶外雜散并抑制帶外干擾信號的接收。電源模塊可為射頻單元提供所需的多級電源，進(jìn)一步實現(xiàn)濾波和電源報警等功能。從整體設(shè)計的角度來看，該信息收集系統(tǒng)由電力信息收集站，通信系統(tǒng)和終端組成。其中通信系統(tǒng)由接入網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)構(gòu)成，骨干傳輸網(wǎng)是指35kV以上的輸電線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)光纖全面覆蓋，采用SDH等通信技術(shù)，而接入網(wǎng)是針對35kV以下的通信網(wǎng)絡(luò)，這種線路相對來說條件復(fù)雜，難以實現(xiàn)光纖的全覆蓋，并且需要多種通信模式。射頻遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)可用于解決接入網(wǎng)通信問題，射頻遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)由射頻，基站單元和無線終端組成。基站經(jīng)過分離后，這種分布式基站具備較高靈活性的組網(wǎng)方式和容量配置，其中一個基站單元能夠存在多個射頻單元，共同構(gòu)建微蜂窩網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)電力線網(wǎng)絡(luò)的特點，包括鏈網(wǎng)和星網(wǎng)，該結(jié)構(gòu)主要用于多個10kV線路變電站的無線覆蓋。基帶單元位于變電站中，射頻單元位于檢測區(qū)域中。在星型組網(wǎng)模式中，在基帶單元和收集器上的不同射頻單元之間直接連接有多根光纖。擴(kuò)容相對來說比較便捷，信號傳輸過程中環(huán)節(jié)較少，具有較高的線路可靠性，但其缺點是需要在基帶和射頻單元間需要通過多根纖芯進(jìn)行連接。對于鏈形組網(wǎng)來說，主要用于10kV輸電線路中多個臺區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，計算單元位于變電站，而射頻單元位于監(jiān)測區(qū)域，無線終端接入點為AP，通常作為標(biāo)準(zhǔn)模塊集中在采集器和集中器。相對其他組網(wǎng)方式來說，鏈形組網(wǎng)方式基站單元與不同射頻單元之間需要一根光纖進(jìn)行連接，可以采用分光器逐級分光的方式，不需要占用太多的纖芯，能夠用于多場景運用，但隨分光級數(shù)增加，線路在傳輸過程中的可靠性越來越低，無論對于鏈形或者星形組網(wǎng)方式來說都需要與EPON光纖組網(wǎng)保持一致性，進(jìn)行有效融合并進(jìn)一步實現(xiàn)光纖的延伸性。在具體的選址過程中，對基帶單元沒有特殊要求，可以放置在通信機(jī)房內(nèi)，為防雷措施提供電源。但是，一旦EPON中心局設(shè)備存在于機(jī)房中，基帶單元需要與OLT放在同一屏幕上，以方便布線連接。在進(jìn)行選址時，需要全面考慮功率信號覆蓋。各種因素，如光纖線路，需要采取各種措施來提高，包括建造新的鐵塔，使用現(xiàn)有的塔架建在原有的高層建筑上，主要是由于新建鐵塔靈活性高，能夠根據(jù)覆蓋范圍確定鐵塔高度，但鐵塔需要解決占地面積和電源供電問題，且不能與光纜線路偏離太遠(yuǎn)，否則將會導(dǎo)致較高的成本。在高層建筑進(jìn)行增高架設(shè)施的成本較低，安裝過程較為簡便，如果建筑物高度達(dá)到最優(yōu)覆蓋范圍時，但是，這種安裝方案需要與業(yè)主協(xié)商解決土地占用和供電問題，并且還面臨無法有效覆蓋多點信息采集范圍。需要考慮光纖連接的問題。總而言之，針對射頻單元在選址時需要綜合多種因素進(jìn)行考慮，經(jīng)過現(xiàn)場實際考察后確定最終的選舉方案。

3小結(jié)

對于無線寬帶通信技術(shù)來射，通常采用230MHz的電力負(fù)荷管理無線通信頻段，目前電力行業(yè)有40個授權(quán)頻點，無需向管委會進(jìn)行頻點的申請。作為低頻頻段來說具有較廣的覆蓋范圍，因此相比其他無線通信技術(shù)來說，這種無線寬帶通信技術(shù)更適用于用電信息采集中。基于射頻拉遠(yuǎn)的通信技術(shù)，目前已經(jīng)在很多地區(qū)實現(xiàn)了小規(guī)模試驗，能夠滿足當(dāng)前用電信息采集的實際要求，未來將需要進(jìn)一步解決頻射拉遠(yuǎn)技術(shù)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)EPON通信的融合，最終實現(xiàn)用電信息采集全覆蓋這一目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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作者：謝霆 單位：國網(wǎng)湖南省電力公司邵陽供電分公司