談談無線通訊技術在電網通訊中的應用前景

　　［論文關鍵詞］無線；電網通訊；技術分析

　　［論文摘要］隨著現代科學技術的飛速發展，構建完善堅強可靠的通訊網，顯得越來越重要。文章結合電力通訊的特點和需求及無線新技術的特性，分析無線通訊技術在電網通訊中的應用前景。

　　一、概述
　　
　　 電力通訊網是為了保證電力系統的安全穩定執行應運而生的。它同電力系統的安全穩定控制系統、排程自動化系統被人們合稱為電力系統安全穩定執行的三大支柱。我國的電力通訊網經過幾十年風風雨雨的建設，已經初具規模，通過衛星、微波、載波、光纜等多種通訊手段構建而成為立體交叉通訊網。隨著無線通訊技術的發展，無線通訊系統的特性發生巨大的變化。鑑於採用無線通訊網不依賴於電網網架，且抗自然災害能力較強，同時具有頻寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸等優點，非常適合彌補目前通訊方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通訊傳輸體制的應用特點和優缺點，並分析其在電力系統的應用前景。
　　
　　二、無線技術介紹
　　
　　 （一）無線通訊技術的概念
　　 目前，無線通訊及其應用已成為當今資訊科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線***、無線終端及應用伺服器等組成。
　　 （二）無線通訊技術的發展現狀
　　 無線通訊技術按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術，即基於IEEE802.15的無線個域網（WPAN）、基於IEEE802.11的無線區域網（WLAN）、基於IEEE802.16的無線都會網路（WMAN）及基於IEEE802.20的無線廣域網（WWAN）。
　　 總的來說，長距離無線接入技術的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點分配業務（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術主要包括：基於802.15的WPAN、基於802.11的WLAN、基於802.16e的WiMAX、基於802.20的WWAN。按照頻寬則又可分為窄帶無線接入和寬頻無線接入。其中寬頻無線接入技術的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通訊系統。
　　 1.主流無線通訊技術
　　 從技術發展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無線通訊技術將成為未來無線通訊發展的主流方向。而目前基於該技術的無線通訊技術主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術。
　　 2.其他無線通訊技術
　　 除了上述主流的無線通訊技術外，目前已存在的無線通訊技術還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、叢集通訊等短距離通訊技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛星通訊等長距離通訊技術。
　　 （1）IrDA：Infrared Data Association，是點對點的資料傳輸協議，通訊距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達16Mbps，通訊介質為波長900奈米左右的近紅外線。
　　 （2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴充套件技術，通訊介質為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
　　 （3）RFID：Radio Frequency Identification，即射頻識別，俗稱標籤。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻訊號自動識別目標物件並獲取相關資料。RFID由標籤、解讀器和天線三個基本要素組成。
　　 （4）UWB：Ultra Wideband，即超寬頻技術。UWB通訊又被稱為是無載波的基帶通訊，幾乎是全數字通訊系統，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統的複雜性，降低。
　　 三、無線技術優劣分析
　　
　　 （一）WLAN技術分析
　　 Wi-Fi的技術和產品已經相當成熟，而且大批量生產。該技術適用於無線區域網，作為有線網路的延伸，對於特殊地點寬頻應用，儘管Wi-Fi技術應用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi採用的是射頻（RF）技術，通過空氣傳送和接收資料。由於無線網路使用無線電波傳輸資料訊號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋範圍內盜取資料甚至進入未受保護的公司內部區域網。
　　 （二）WiMax技術分析
　　 WiMax是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率複用性小、利用率低的問題，但由於最近才完成標準化，該技術的大規模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看，該技術可以在較大範圍內滿足上網要求，覆蓋可以包括室外和室內，可以進行大面積的訊號覆蓋，甚至只要少數***就可以實現全城覆蓋。WiMax由於其技術的先進性和超遠的傳輸距離，一直被業界看好，是未來移動技術的發展方向，並提供優良的最後一公里網路接入服務。
　　 （三）WMN技術分析
　　 WMN是正在研究中的技術，在研究中不斷地在不同方面結合各種技術的特點進行融合，而且暫時沒有一個成熟的產品系列來支援該技術的大規模應用。從應用前景看，WMN 這一新興網路不僅在無線寬頻接入中有著廣闊的應用空間，在其他方面如結合資料、影象採集模組可以對目標物件進行監控或資料採集，並廣泛應用到檢測、、等領域。隨著其他技術的不斷更新完善，WMN 更好地與之相融合、互補，從而能夠揚長避短，發揮出各自的優勢。
　　 （四）3G技術分析
　　 3G於1996年提出標準，2000年完成包括上層協議在內的完整標準的制訂工作。3G網路部署已具備相當的實踐經驗，有一成套建網的理論，包括對網路的鏈路預算、模型預算以及模擬等。從商用前景看，目前，3G在部分地區已得到大規模的商業應用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經建設了3G的網路。3G技術已經進入可以實用的階段，還有很多國家和地區正在建設或將要建設3G網路。
　　 （五）LMDS技術分析
　　 本地多點分佈業務系統LMDS是一種提供點對多點的固定寬頻無線接入技術，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的範圍內提供數字雙工語音、資料、因特網和視訊業務，是一種非常好的寬頻固定無線接入解決方案。在最優情況下，距離可達8公里；但是由於受降雨的原因，距離通常限於1.5公里。
　　 其主要工作原理是通過扇區或***裝置將ATM骨幹網基帶資訊調製為射頻訊號發射出去，在其覆蓋區域內的許多使用者端裝置接收並將射頻訊號還原為ATM基帶訊號，在無需為每個使用者專門鋪設光纖或銅纜情況下，實現資料雙向對稱高頻寬無線傳輸。
　　 （六）MMDS技術分析
　　 MMDS的主要缺點是有阻塞問題且訊號質量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠寬，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由於MMDS採用的調製技術主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調製QAM調製技術，無法做到非視距傳輸，在目前複雜的城市環境下難以推廣應用。另外，MMDS沒有統一的國際標準，各廠家的裝置存在相容性問題。
　 （七）叢集通訊技術分析
　　 數字集群系統具有很多優點，它的頻譜利用率有很大提高，可進一步提高集群系統的使用者容量；它提高了訊號抗通道衰落的能力，使無線傳輸質量變好；由於使用了發展成熟的數字加密理論和實用技術，所以對數字系統來說，保密性也有很大改善。
　　 數字叢集移動通訊系統可提供多業務服務，也就是說除數字語音訊號外，還可以傳輸使用者數字、影象資訊等。由於網內傳輸的是統一的數字訊號，因此極大地提高了叢集網的服務功能。
　　 （八）點對點微波技術分析
　　 微波傳輸的優勢主要體現在以下幾個方面：第一，可以降低運營商的運營。與租用線路相比，微波系統的只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統部署簡潔快速。與傳統的傳輸手段相比，其快速部署的優勢可以更快地滿足新業務發展的需要。第三，目前的微波產品對未來的發展是有保障的，對於運營商的新業務和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統將升級到全IP的平臺之上，可以全面支援運營商未來的發展。
　　 （九）衛星通訊技術分析
　　 利用衛星在有些不很密集的地區來配合陸地通訊。在這些地區散佈著範圍較廣但不密集的使用者，可以利用衛星作為使用者連至固定有線網的接入設施。在陸地通訊網已經構成寬頻多媒體通訊網的下，利用衛星建成寬頻衛星接入系統是比較好而切合實際的方案，又可靠。
　　 但是衛星通訊畢竟是採用衛星作為通訊平臺，其地面站的建設、通訊通道租用費用都需要花費大量資金，而且通訊資源為衛星通訊公司所有，受其頻寬的限制，使得大量資料的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產、生活使用是極為不經濟的；而將衛星通訊作為應急通訊、作戰通訊、海外通訊等則比較適合。
　　
　　四、無線技術綜合比較
　　
　　 目前無線通訊領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現在不同的接入技術具有不同的覆蓋範圍、不同的適用區域、不同的技術特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫遊的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速資料接入，而UWB可實現近距離的超高速無線接入。
　　 首先，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、叢集通訊均有多種標準，只是沒有統一的國際標準，其餘的技術均已經完成標準化工作，並且都進行了試驗網建設和商業網建設。
　　 從頻率上看，Wi-Fi技術、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術、3G技術等其他技術使用的是授權頻段。
　　 從覆蓋範圍上看，Wi-Fi技術、WMN技術屬於區域網無線接入技術，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術、3G技術、LMDS技術、MMDS技術、叢集通訊屬於都會網路接入技術，覆蓋範圍在1km～54km不等，而衛星通訊、點對點微波則屬於廣域網技術，通常用於通訊主幹組網建設。
　　 從傳輸速率上看，點對點微波和衛星通訊屬於幹線傳輸技術，不同的情況速率變化較大，而其餘的技術均為接入技術，僅僅是3G技術接入速率最小，僅為384k，而其餘技術均為幾十M甚至上百M的速率。
　　 從調製技術上看，其中WiFi技術、WiMax技術、WMN、3G技術均採用最新的調製技術OFDM，其餘的技術均未採用OFDM調製技術。
　　 從天線技術上看，僅僅3G和WiMax技術採用了MIMO技術，而其他技術均未採用MIMO技術；從傳輸環境上看，僅僅WiMax技術和3G技術支援非視距傳輸，其餘技術均要求視距傳輸環境；從網路安全和QoS機制上看，WiMax技術和3G技術在這方面做得比較優秀、完善，其餘的均存在較大的問題。
　　
　　五、無線技術的應用及展望
　　
　　 目前，在電網系統通訊中仍然以具有高傳輸率、高頻寬、高可靠性等特性的光纖通訊為主，但隨著電網對災難應急、配網自動化、辦公智慧化等需求的提出，無線通訊將以其迅速部署、不受地面限制等特點尋求到在電力系統通訊中的應用。因此，無線通訊可以成為電力系統通訊的一個重要補充手段，為電力系統構建綜合通訊網提供非常重要的一個部分。