電力光通信網應急通信制度研習范文

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QPSK調制器如圖1所示。在圖1中，2個有限脈沖響應（FiniteImpulseResponse，FIR）濾波器對I和Q信號進行高指令流數字濾波，避免對高頻和中頻的中心波瓣的干擾。最后經過濾波的I和Q信道組合，并經由數模轉換電路把數字信號調制為中心頻率為70MHz的中頻信號。而輸入數據序列是由FPGA單元傳送的，該輸入數據序列事先經緩存并經過Reed-SolomonFEC算法編碼，FEC算法編碼是通過在數據隊列中增加數據位，使接收端進行差錯糾正。FEC編碼可以提高信號的接收靈敏度，減少由背景噪聲引起的誤碼率增加，但是在調制之前，一些突發的、連續地對數據信號干擾而引起的誤碼，FEC則難以糾正，可以采用交錯算法來解決，增加其抗干擾性。該算法的原理為打亂原數據的序列，將連續的數據隊列交錯編排后，擴展到幾個不同數據塊中傳輸。一段連續的被干擾數據信號經過譯碼后被分成幾個相互隔離較遠、相對較小的誤碼數據塊，可以被FEC糾正。

采用數字中頻技術

QPSK解調器如圖2所示。在圖2中，對于接收機來說，6MHz的第2中頻信號由模擬數字轉換器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）采樣并分離出I和Q信道，然后經過與調制相關的FIR濾波器濾波，最后經相應的QPSK、16QAM、32QAM解調恢復原始數據信號。解調電路對輸入數據進行交錯恢復和Reed-SolomonFEC譯碼，以重組數據隊列并糾正傳輸誤碼。另有糾錯電路用于提升數據的完整性，數據經過由2個位移寄存器組成的均衡器，包括帶有加權系數的前饋部分和反饋部分，此過程可消除因傳輸多徑干擾而引起的碼間串擾。解調器還提供接收信號強度指示（ReceivedSignalStrengthIndication，RSSI）來指示接收設備的輸入信號強度。解調電路需要輸入信號保持合適的信號強度，反饋電路通過監測RSSI信號值來控制無線接收電路的自動增益控制（AutomaticGainControl，AGC）以保持輸入到解調器的信號為穩恒值。

采用FPGA技術

FPGA提供數據信號的內部復用和解復用。對于發射過程，FPGA復用經由EIA–530端口輸入的用戶數據及各種系統服務數據（如E1數據）為一路數字序列送入調制器。用戶數據可通過程序設定，速率從64kbit/s到768kbit/s;對于接收過程，FPGA則完成拆分經解調器譯碼的數據為用戶數據和系統服務數據。FPGA外部數據接口如圖3所示。

優異的射頻鏈路

MDSLEDR電臺主要由接收機、發射機、雙工器、調制解調器、FPGA、微處理器以及各種接口單元等組成。MDSLEDR電臺原理如圖4所示。在接收機部分，低噪聲放大器是由增益高、噪聲系數低的放大電路組成，同時采用良好的濾波匹配電路提供高通濾波性能和獲得低噪聲系數指標。低噪聲放大器的后接濾波器采用1個三級螺旋濾波器完成初始濾波，該組件提供較好的帶外濾波以消除從寬帶的天線和雙工器饋入的帶外信號。第1級混頻是把接收的RF信號下變頻為70MHz中頻信號。70MHz中頻濾波器采用低損耗的晶體濾波器，該中頻濾波器具有與接收信道相同的濾波帶寬，可提高接收的選擇性指標，抑制其他帶外信號（包括鏡像干擾信號），特別是鄰近信道的干擾信號。中頻濾波器輸出的信號進入AGC放大器，AGC放大器采用2個高線性、可變增益的放大器組成，從而保持整個接收鏈路的良好的線性，避免因互調失真降低接收信噪比，增加誤碼率；第2級混頻是把70MHz的中頻信號下變頻為6MHz的信號以供解調器處理。

在發射機部分，由調制器輸出的中頻信號經70MHz晶體濾波器濾波，消除數字調制電路產生的雜波干擾。中頻信號經過混頻器實現上變頻，轉換為發射機載頻，其中本地振蕩器由一個壓控振蕩器（VoltageControlledOscillator，VCO）集成電路組成，基準晶體振蕩為15MHz，發射機的頻率穩定度可達±1.5ppm。在上變頻器的后級設有濾波器，該濾波器由2個三級螺旋帶通濾波器組成，可濾除其他交調信號。經濾波器輸出信號為較純凈的信號，放大后進入自動電平控制（AutomaticLevelControl，ALC）電路，ALC電路通過電調衰減器來自動調整輸出信號以保持輸出功率的線性度恒定，并可補嘗因溫度及器件老化而引起的輸出功率誤差。

功率放大器可智能化控制，發射電路可以被自動關閉，自動關閉具有2種作用。①當出現硬件故障或鎖相環失鎖的情況下，可關閉發射電路以防止對用戶或鄰近頻道造成射頻干擾。②在熱備份配置中，開啟和關閉發射機功能可以將傳輸機作為備用電臺。

運用MDS電臺的無線應急通信系統

無線應急系統應用拓撲如圖5所示。電力系統各變電站業務通過SDH光通信網絡傳輸，其中包括生產調度電話、行政管理電話、遠動信號、抄表信息、電量采集信息等。這些業務經過PCM設備進行信號的調制解調后通過光通信設備的E1通道傳送回地調。文章所介紹的應急通信方案是在光纖網絡一旦出現問題時，啟用無線應急通信網絡取代光纖SDH網絡,直接將原來掛在SDH設備下的E1業務完整地轉移到數字無線電臺系統，保證所有下掛在E1端口下的業務通信不中斷。

MDS數字電臺的無線傳輸系統設計

無線傳輸系統設計主要是要對鏈路進行預算分析，下面針對具體MDS數字電臺點對點通信的系統設計進行分析，采用的電臺發射功率為2W（33dBm），天線增益為9dBi,饋線采用安德魯7/8低損耗阻燃射頻饋線，長度為30m，損耗為0.7dB。根據這些條件進行無線傳輸系統設計，其步驟如下。

1計算自由空間的路徑損耗公式

路徑損耗計算公式為：

2計算發射端天線輻射功率

天線輻射的功率計算公式為：發射端電臺實際發射功率為Po=33dB，經饋線到天線，天線的增益Gt=9dB,饋線損耗L0=0.7dB，由公式（2）可知Pt為41.3dB。

3計算接收端的天線接收

電平接收端的天線接收電平計算公式為：實際接收端的天線增益為Gr=12dBi，饋線的損耗L0=0.7dB，根據業務需求，電臺開放1×E1（數據速率為1024kbit/s）作為應急通信使用，中頻帶寬選擇500kHz，則由表1可知接收機靈敏度為–89dBm，由式（3）算得Pr為–101.7dBm。

4計算通信距離

由以上收發鏈路電平確定自由空間路徑損耗Los為：如果通信頻率采用396MHz，即f=396MHz，將Los和f值代入式（1）可以得到通信距離d。由于無線通信受到各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑等造成的無線信號衰落,按設備安裝的環境，其參考值選取為25dB,由式（1）計算得出近似通信距離d約為10km。此外，為保持適當的鏈路預算，可以通過增加發射功率、天線增益以及通過前置放大來補嘗饋線的損耗，提高接收機的信噪比以保持需要的路徑和較佳誤碼率，使誤碼率符合系統穩定通信的期望值。

實際測試

根據業務需求，中心站設置在電力某大樓通信機房，從站設置在某變電站，主、從站相距約9km，進行點對點通信測試。經測試，無線系統同步情況穩定，誤碼率低于10–6，E1接口傳輸速率可達2Mbit/s，視頻攝像機接入傳輸圖像傳送流暢，利用MDS數字電臺的勤務電話接口進行通話測試，語音較為清晰。

結語

文章重點介紹了MDS數字電臺組成的無線電力應急通信網及MDS電臺的組成原理和關鍵技術，同時給出了在南安電力中的應用和測試情況。數字無線電臺應急通信系統具有建網周期短、投資小、靈活性好等特點，在電力通信中具有推廣使用的實際意義。

作者：黃日新陳芬黃勇柯德欽單位：福建省南安市電力有限責任公司