无线光通信技术原理篇1
关键词：配网；光纤通信；配网调度自动化；配电自动化
中图分类号：U665文献标识码：A
一、配电自动化
1、配电自动化系统概述
配电自动化系统是一项集合了计算机技术、控制技术、数据传输通信技术、现代化设备及管理为一体的综合信息管理系统。目的在于提高供电系统的安全性、可靠性，改进电能的质量，为客户提供更加优质服务的同时节省成本，以自动化代替人工操作，减轻运行人员的劳动强度。
2、配电网通信自动化系统的基本要求
在当前时代背景下，配电网通信自动化系统应当满足配电网的客观发展要求，同时还要考虑未来的发展需求。由于配电网通信自动化系统的构建受配电网结构、经济环境条件的限制，因此，配电网通信自动化系统在建设过程中，应当充分考虑组网技术、传输介质以及网络架构和相关设备的选型，应当与配电网系统的特点、建设规模、具体的业务要求和未来的发展要求相适应。在此过程中，需要合理地利用现存的通信网络资源，设计配电网通信自动化网络架构。对于某一项目而言，如果无线专网覆盖范围内既有生产控制大区终端，又有管理信息大区终端，但是根据无线系统自身的特点和性质，难以在数据信息采集过程中对所采集到的相关数据信息进行业务划分时，本次组网应当采用将数据信息汇总到核心交换机之中，经防火墙传至配网自动化和计量自动化系统中。
实践中，为了实现用户的增加、业务的扩展，本文所研究和建设的配电网通信自动化系统应当有一定的冗余，并且要充分考虑经济性、合理性原则，采用现代化科学通信技术手段，提高数据信息的传输质量和传输效率，同时，还可以有效节约资源，缩短项目的建设周期。配电网自动化通信系统在建设过程中应当满足配电网通信需求，要求具有较高的安全性和可靠性，并且具有速率高，带宽、组网结构科学，合理，覆盖范围广，接入灵活等特点，确保拟建配电网系统的安全性、经济性和高效性。在组建通信网络系统时，应当充分考虑以下三方面的问题：充分利用接口组网的经济性条件，采取适合现有网络技术的组网方式；尽可能多地利用现有资源和技术手段，确保该系统建设的节约性；充分考虑配电网通信自动化系统网络数据信息采集、传输的及时性，在各分区网络之间采用划分不同的通信方式来保证数据信息的安全性和可靠性。
二、配电网通信自动化系统的构建与实践
1、配电网通信自动化系统架构
配电网通信自动化系统的主体架构包括三个层次，即主站系统层、通信系统层和终端系统层。通常情况下，在变电站调度中心设自动化系统主站，经通信自动化网络系统，将配电网采集终端信息数据统一送至自动化系统主站，然后对其进行集中处理。配电网自动化系统与通信自动化系统非常相似，也分为三个主要层次，即骨干通信网（核心层）、接入通信网（接入层）和终端层。首先，接入层对相关信息数据进行预先处理，然后根据其权重大小筛选、上传，以免出现信息拥挤现象。在此过程中，骨干通信网可以有效实现配电网通信子站和配点网通信主站之间的实时通信，通常采用的是光纤通信技术手段；对于接入通信网而言，其作用是实现终端层到配电网各个通信子站的通信，可采用的技术手段有光纤通信技术、载波通信技术和无线通信技术等。
配电网通信自动化系统各层设计要点
2、核心层设计要点
经调查发现，国内部分供电局已经投入使用的通信网络主要包括MSTP光纤传输网、综合业务数据网和调度数据网，各通信子站实现了光纤全覆盖，因此，将大部分通信子站设在变电站。通过综合分析，核心层所承担的主要任务是配电网通信子站至主站的相关业务处理，通过MSTP光纤传输网络和相关技术来实现。在核心层通信组网过程中，利用MSTP光纤传输网传输业务信息和相关数据。一般而言，当通信子站位置的MSTP存在空余端口时，可利用MSTP光传输技术和设备板卡，将汇集于变电站配电网的相关业务数据信息，经SDH或MSTP网络系统送至电力调度中心；调度中心的MSTP技术设备将业务落地以后，利用工业以太网将相关数据信息传至配电网自动化主站系统中。
3、接入层设计要点
配电网络系统结构非常复杂，而且电气设备数量和支线比较多，具有终端分布广等特点；而无线通信覆盖范围广，具有组网灵活、架构方便、终端接入简单等优势。因此，配电网通信自动化系统的接入层建议选用无线专网通信模式，这样可以有效满足配电网相关业务处理的需求。在接入层通信组网过程中，其通信网络采用的是TD-LTE技术条件下的电力无线专网技术。该层为用户终端提供了有效的无线信号接入端口，用户终端层利用无线空中接口可实现与接入层基站的有效连接，接入层通过电力系统光纤通信专网建立与核心网络层的联系，实现无线资源管理和业务调度等功能。无线专网可采用两种方式来实现VLAN：①基于IP的连接方式，即为不同的终端划分差异性IP网段；②基于MAC地址的连接方式。
由实践可知，由于每一个终端MAC地址都具有唯一性特点，因此，可根据终端MAC地址来实现对VLAN的有效划分。具体操作如下：①在无线专网交换机上指定准确的物理接口，并且与VPN网络一一对应。②利用现代无线专网网关设备，对接入终端实施VLAN划分，方式有两种，即IP网段划分和MAC地址绑定，具体根据实际情况来选择。③将无线专网VLAN网和电力VPN网进行有效的互通。由于配电网无线专网只是一种传输通道，因此，数据信息需传送至不同的系统以后，再进行纵、横向的安全隔离。
4、终端层设计要点
在终端层通信自动化系统设计过程中，终端层和接入层之间利用无线专网进行连接通信，终端层的任务是对开关站、配电房和环网柜等配网节点相关设备进行信息数据采集和状态检测。
三、光纤通信在配电系统中的应用
1、光纤通信的优点
现代通信网的三大支柱是光纤、卫星和无线通信，其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信具有以下突出的优点：频带宽、通信容量大。光纤可利用的带宽大约为50000GHz。损耗低、中继距离长。由石英光纤组成的光纤通信系统中继距离可达到200多千米，这对于降低通信的成本、提高稳定性具有特别的意义。抗电磁干扰。光纤具有绝缘特性，免受自然界的雷电干扰、电离层变化等干扰，提高系统的稳定性。无串音干扰，保密性好。光波在光缆中传输，不容易泄露。即使光缆内光纤总数很多，也可以实现无串音干扰，也无法实现窃听，保密性强。光纤原材料丰富，节约金属材料。光纤的主要材料是石英，在地球上有取之不尽的原材料，对于合理利用资源有很大的意义。
2、光纤通信在配电系统中的实现
在传统配电自动化中，可以利用已建成的变电站到主控中心的光纤电话网络进行数据传输，此时，光纤通过MODEM将数字脉冲转换成话音频带占用一路或几路话音通道进行传输。现行主流配电网多采用架设、租用专门的光纤网络进行数据传输，把电话、数据、视频等多种音频、数据业务复用到一根光纤里传输，这种综合各种业务方式于一根光纤进行通信的系统称为综合接入通信，一般的系统都可以用综合通信来完成。
3、ADSL技术在配电系统中的应用
3.1ADSL技术
ADSL技术是近年来发展迅速的宽带通信技术，在远程监控、高速上网、数据传输等方面得到了广泛的应用。ADSL具有频带宽、传输速率快、安装方便等特点，适合在光纤网络的边缘区进行补缺的作用。所以，采用ADSL方式对配电网自动化的配变电进行监控，经济可靠。ADSL在现有的双绞线电话线上，提供高速数字传输，允许同时传输模拟话音信号和数字信号。ADSL不是单纯的双绞线，还包括调制解调、复用、回波抑制、均衡等专用的DSP芯片。ADSL技术具有如下特点：（1）下载速度高。常用的ADSL下载速度为8Mbit/s；（2）非对称性。配电网络中很多业务需要非对称，即上行回传的信息量较少；（3）传输速率自适应。ADSL技术可以使得传输速率随着传输距离和电话线的信号质量自动进行速率的调整。ADSL可以自动选择最高的运行速度，或者根据设定速率进行传输，这种自适应可以保证所有用户提供高质量的服务；（4）多种信号频分复用。在同一条电话线上可以同时进行电话会话和数据传输；（5）ADSL系统成本低。ADSL可以加载到现有的电话线上，因此资源利用率高，系统成本大大下降。
3.2ADSL在配电网系统中的应用
ADSL在农网调度自动化中的应用，首先需要向通信网络服务提供商申请安装ADSL业务，对于距离较远的远端变电站，基于原有的电话装置安装过滤器，对数据和语音进行过滤，并且将信号传输到变电站内部的网络交换机。在农电网自动化配电系统的主站，是由通信服务商单独将光纤架设到系统的调度中心，通过此系统实现ADSL方式的数据传输。为了将农网调度自动化系统的数据进行共享传输，各个分变电站应该先将采集的数据通过铺设好的电话线路汇总到多路复合中心ATU-C。
结束语
科学技术的飞速发展促进了农网调度自动化系统的建设和完善，光纤通信技术作为现代通信业的支柱在农网配电系统中得到了广泛的应用；同时ADSL在性价比方面的优势也在农网调度自动化系统中得到应用，能够满足农网系统的实时数据传输要求，与CableModem、N-ISDN等接入网技术相比，在实时数据传输速度、运行经济等方面都具有明显优势，接入方式简单、运行稳定。对保证农村电网运行的安全性、可靠性、经济性具有重要意义。
参考文献
[1]石岩,郭增民,闫志伟,刘向波,吕晓明.光纤电流互感器在配电网自动化中的应用[J].供用电,2014,03:63-66.
无线光通信技术原理篇2
我国的通信网络主要是在有线非智能的通信技术的基础上发展起来的。但是，现今我国的无线通信技术已经获得了较快的发展。现今使用的无线通信网络主要由管制端、无线基站以及无线终端构成。使用最为广泛的无线通信技术是远程监控技术。在过去使用有线非智能通信网络的情况下，供电局要想对通信两端进行连接，需要搭建很长的电缆，给供电局带来了较大的资金消耗。使用无线网络通信可节约电缆费用，降低成本。但是，就目前无线通信网络运行的状况而言，还存在一定的不足之处。例如，无线通信网络附近产生电磁场，就会对无线通信网络造成一定的影响，还会为无线信道的承受力带来隐患。另外，无线通信网路主要依赖于电波传送信号，信号在传送过程中的安全问题值得重视。针对这种情况，有2种无线通信方案：专用无线网络构架；公共无线网络。无线网络对远程进行监控和数据传输主要采用变电模式。现今电力数据网络通信结构如图2所示。
2电力自动化通信网络的主要问题
从株洲电力自动化通信网络的现状来看，其仍然存在不少的问题：（1）电网建设环境恶劣，并且电网建设的地位和电网建设的重要性与紧迫性不对称。株洲地区电力供需状况较为紧张，在电力供求不能满足用户需求时极容易产生矛盾。主要原因在于电网建设的环境不好，体现在：电力选址、选线批复程序不顺畅、随意性大，前期工作进展困难；项目实施难度大，阻工现象时有发生，大多数地方超政策补偿。（2）部分电网工程项目由于实施难度较大，存在较大的安全风险，这些问题主要存在10kV及以下的中低压配电网。虽然电网工程项目具有较为严格的管理制度，但是在工程建设的过程中，由于步骤琐碎、中间环节多、工程施工时间较紧、施工人员较为混杂，仍具有较大的安全隐患。（3）配电通信网建设较为落后。（4）缺乏完善的配电通信技术标准和相关网络建设、运行管理规范，配电通信系统缺乏有效的管理手段和依据。（5）智能配电网系统的另一个标志是用电营销系统与用户的交互式应用，以及用户集中储能、分布式储能和分散储能的大规模应用，目前有关这方面的技术规范还没有统一。
3电力自动化通信技术的更新
无线光通信技术原理篇3
论文摘要:随着铁路列车向高速化与准高速化方向的迈进,为保证有效的人机控制和提高运输效率,要求建立一个功能完善的、技术构成先进的铁路通信网。主要介绍了在现实的铁路通信工程建设中,我们应该注意的问题。
1铁路传输技术
1.1SDH传输技术
SDH是取代PDH的新数字传输网体制,主要针对光纤传输,是在SONET的标准基础上形成的。它把信号固定在帧结构中,复用后以一定的速率在光纤上传送。SDH是在电路层上对信号进行复用和上下。当带着信号的光纤通ODF(光纤分配架)进入ADM时,信号必须通过O/E转换和设备上的支路卡才能下成2Mb/s的基本电信号,并经过通信电缆和DDF(数字配线架)接到用户接口或基站BTS(基站收发信机)。
1.2ATM网络传输技术
ATM是一种基于信元的交换和复用技术,即一种转换模式,在这一模式中信息被组织成信元。它采用固定长度的信元传输声音、数据和视频信号。每个信元有53个字节,开头的五个字节为信头,用以传输信元的地址和其他一些控制信息,后面的48个字节用以传输信息。利用标准长度的这种数据包,通过硬件实现数据转换,这比软件更快速、经济、便宜。同时,ATM工作速度有很大的伸缩性,在光缆上可以超过2.5Gbps。
在网络传输中,为了使多个用户共享高速线路,通常采用时分复用方式。时分复用方式又可分为同步传输模式和异步传输模式。在数字通信中通常采用同步传输模式,这种传输模式把时间划分为一个个相等的片段,成为时隙,一定量的时隙组成一个帧,一个信道在一个帧里占用一个时隙,一个用户占用一个或多个信道。而在异步传输模式中,各终端之间不存在共同的时间参考,各个时隙没有固定的占用者。在ATM中时隙有固定的长度而且比较短,一个时隙传输一个信元,每一个信元相当一个分组。各信道根据业务量的大小和排列规则来占用时隙,信息量大的信道占用的时隙多。
1.3MSTP传输技术
MSTP依托于SDH平台,可基于SDH多种线路速率实现,包括l55Mb/s、622Mb/S、2.5Gb/s和10Gb/s等。一方面,MSTP保留了SDH固有的交叉能力和传统的PDH业务接口与低速SDH业务接口,继续满足TDM业务的需求;另一方面,MSTP提供ATM处理、以太网透传、以太网二层交换、RPR处理、MPLS处理等功能来满足对数据业务的汇聚、梳理和整合的需求。
1.4RTKGPS网络传输技术
随着GPS无验潮测深技术应用的不断深入,传统电台数据链的传输模式已不能满足长距离RTK作业的需要。而网络RTK技术则是利用网络来取代UHF电台进行数据传输,它传输距离远,信号稳定,抗干扰性强,已成为数据链传输的新宠。
通用分组无线业务GPRS,是在GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务,GSM是一种使用拨号方式连接的电路交换数据传送方式。GPRS利用现有通信网的设备,通过在GSM网络上增加一些硬件和软件升级,形成一个新的网络逻辑实体。
1.5WDM传输技术
WDM(或DWDM)是在光纤上同时传输不同波长信号的技术。其主要过程是将各种波长的信号用光发射机发送后,复用在一根光纤上,在节点处再对耦合的信号进行解复用。WDM(或DWDM)系统在信号的上下上既可以使用ADM、DXC,也可以使用全光的OADM和0XC,WDM(或DWDM)是基于光层上的复用,它和SDH在电层上的复用有着很大的区别。同时,通过OADM进行光信号的直接上下,无需经过O/E转换,而拥有EDFA的WDM(或DWDM)可以进行较长距离的光传输而不需要光中继。
2接入网技术
随着通信技术的快速发展,人们对铁路通信技术提出了更高的要求,铁路部门必须采用先进的、现代化的有线和无线通信的传输和接入方式,实现铁路通信网的升级,发挥铁路通信网在国民经济中的社会效益和经济效益。
接入网技术是铁路通信中一项关键技术,由于原有用户铜缆接入的普遍性和现在光纤技术的发展,接入网建设就必须考虑通信网络的现状与发展,这就决定了接入网技术的多样化。接入网从接入方式上可分为有线接入和无线接入。
2.1有线接入技术
(1)高速率数字用户环路技术。
通过2-3对双绞线双向对称传送基群数字速率信号,传送距离为3km-5km,上行速率与下行速率相等。通过回波抵消技术实现在一对双绞线上全双工传输,通过特定的编码和调制方式提高传输质量,用多线对并行传输,以降低每对双绞线上的传输速率,增加无中继传输距离。
(2)非对称数字用户环路技术。
它的上行速率和下行速率不相等,下行速率可高达(9-10)Mbit/s,上行速率只有数十或数百kbit/s,此技术适用于视频点播VOD系统;其高速下行信道可向家庭用户提供多路的数字图像信号及低速语音信号,而上行信道用于传送用户控制信号。ADSL的优势在于它几乎不需要对现有的对1双绞线作任何改动就可获得高传输速率。
(3)混合光纤同轴电缆接入技术。
它是基于有线电视系统CATV发展起来的。在有线电视中心与地区中心、地区中心与光节点之间采用光纤连接,光节点与用户设备之间采用同轴电缆连接。其主要是使用副载波调制,将CATV原有的单向传输系统改造成双向传输系统。HFC可以充分利用现有的CATV网络,进行少量投资,就可形成一个支持多种业务的宽带综合业务网。
(4)光纤用户环路技术。
以光纤为主要传输媒介,根据光纤向用户延伸的距离,可以分为FTTC(光纤到路边),FTTB(光纤到大楼),FTTH(光纤到家)等。FTTB是用户接入信息高速公路的最终理想目标,但根据现有通信发展的实际,FTTC、FTTB与铜缆相结合的用户接入,虽然是有过渡性质的折衷方案,但价格相对经济,并且在时机成熟时易扩展到FTTH,所以是现实并且可行的。
2.2无线接入技术
无线接入网是在接入网中部分或全部引人无线传输媒介,为用户提供固定终端业务和移动终端业务。无线接入可分为固定接入和移动接入两大类。其基本结构由控制器、基站和用户终端设备构成。应用技术主要包括微波1点多址技术、蜂窝技术和微蜂窝技术等。无线接人由于其灵活方便易于建设,目前已得到极大的重视。
集群通信系统是一种功能强大的专用移动通信系统,是通信与微处理机技术、程控交换技术、计算机网络技术紧密结合的产物。它集交换、控制、通信于一体,通过无线拨号的方式把一组信道自动最优地动态分配给系统内部用户,最大限度地利用系统资源和频率资源,降低系统内呼损,提高服务质量。由于它具有群呼、组呼、强插、强拆等功能,特别适合于调度指挥以及应急、抢险等场合,并较好地解决了通信频率合理分配的问题,因而倍受专业运营管理部门的青睐,被确定为现行铁路移动通信方式的首选类型。
3结语
铁路通信网是保证行车安全、提高运输效率的有力工具,我国铁路引入现代通信技术还不久,对铁路通信工程建设还需要一段时间对其了解、分析和试验,对其中所要注意的问题,特别是技术问题要认真对待,只有这样才能为铁路通信现代化作出贡献。
参考文献
[1]梁培超.浅析铁路通信工程应用接入网技术[J].科技资讯,2008.
无线光通信技术原理篇4
关键词：可见光通信；LED；STC89C52RC
1引言
可见光通信作为一种新兴的无线通信技术具有较大的研究和应用价值，LED可见光通信利用高速闪烁的光信号实现信息的调制和传输，通过光敏检测技术实现信号的光电转换，最终完成信息的发送和接收。
当前移动互联网产业蓬勃发展，人类进入了对信息量需求巨大的“大数据、云计算”时代，无线射频通信是目前正在使用的重要无线通信技术。射频无线通信广泛用于生产、生活的各个领域，是目前最成熟的通信技术，已经在很大程度上改变了人们的生产和生活习惯。在未来的无线通信发展过程中，射频通信仍将继续起着重要作用。
与射频通信相比，基于LED的可见光通信具有保密性强、对人体无害、无电磁干扰辐射等优点。可见光通信技术是基于环保节能的LED照明光源的无线光通信技术，随着科技的飞速发展和社会的不断进步，结合了LED照明和通信的无线光通信技术，必将凭借其自身的独优势得到深入广泛的应用。
2系统原理分析
在可见光通信系统中，在信号发生模块利用STC89C52RC单片机驱动发射电路的LED灯阵高频率闪烁发射不同信号对应的二进制代码；在信号接收处理模块利用STC89C52RC单片机处理光敏二极管检测到的二进制闪烁信号，经过译码将对应的信息经串口发送给接收端，显示为可视的原始信号，上述过程主要基于STC89C52RC单片机的点对点异步通信和点对PC的串行异步通信，整个系统的基本原理如图1所示。
2.1单片机串口异步通信工作原理
串口通信（SerialCommunications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。
本系统基于单片机双机串行异步通信原理，将所发信号转换为对应的二进制代码，并以此驱动LED灯阵高频闪烁，双机之间不需要连接可视化介质作为通信媒介；避免了现有机间通信采用导线信道的缺点，而且可以实现一点发射，多点接收的效果，突破了以往实物信道通信过程的瓶颈，具有较高的通信效率和较低的损耗功率。
2.2单片机与PC间串行异步通信工作原理
单片机与PC通信同样基于串行异步通信原理，PC信号发射端借助串口调试软件将信息输入系统信息发送端，随后信号经由PC传向通过USB转串口模块相连的单片机，单片机读取缓冲区的二进制代码，并以此驱动LED灯阵高频闪烁，接着持续完成单片机双机间通信，信息接收端通信过程则与之相反。
2.3单片机最小系统
最小系统概念：能都使单片机硬件电路正常工作的单元电路系统叫做最小系统；
最小系统构成：复位电路、时钟电路、存储器访问路径控制、ISP下载接口、电流源、显示电路；
本系统中单片机最小系统工作原理：在最小系统的基础上分别在信号发射板和接收板上增添各自的调制驱动电路，并向单片机内导入对应的程序，利用最小系统及电路的组合驱动单片机运行程序并由此实现相应的功能。
3系统组成设计
系统组成分为两个基本模块：发射板和接收板，系统组成原理框图，如图2所示，整个系统构建设计如下。
3.1发射端PC机
用于系统终端输入和显示发射端的发送信息。
3.2发射板USB转串口驱动模块
PC机与单片机间通信的桥梁，连接PC机和MCU控制模块，用于将发射端串口调试软件的输入信息传送到MCU控制模块。
3.3发射板MCU控制模块
MCU模块为超强抗干扰、高速、低功耗的STC89C52RC单片机最小系统控制模块，能利用PC机中送来的数据控制和驱动lED驱动电路。
3.4LED驱动模块
该模块主要由MCU的LED驱动电路和LED阵列光源组成。相关研究显示，环境光照度大于1501ux时，外界环境光对传输会形成干扰，当环境光照度小于此门限值时且光源足够强时，环境光的干扰基本可以忽略哺，因此系统光源采用直径5mm的3X8LED灯阵列，利用MCU模块传送的二进制信号值，采用光强度调制将电信号转换为光信号，实现调制并发送出可见光数据。LED驱动电路中，考虑到运算放大器的工作频率比较低，而单一晶体管可以完成百兆赫兹到吉赫兹级工作，所以系统中LED阵列驱动器件选择单一晶体管。
3.5无线光通信信道
如图3所示是无线光通信系统的线性基带传输模型。
如图所示，F（t）是发射板输入的发射光，R是接收板光敏检测元件的响应效率，h（t）是基带信道的脉冲响应，N（t）是光噪声，Y（t）是输出光电流，其表达式为：
Y（t）=RF（t）h（t）+N（t）：
Y（t）跟光敏检测器表面接收到的瞬时光功率的积分成比例关系。系统信道中的室内灯光、阳光等均可视为光噪声，可以采用光学滤光片和聚光镜对光噪声进行有效削弱。凸透镜能对发射光进行聚焦增强，并且能扩大光敏检测模块的探测范围。同时利用光学滤光片滤除杂散光，进一步可以提高信道传输质量，延长通信距离。
3.6光电检测转换模块
接收板采用光敏检测模块接收可见光数据，利用光电二极管将光信号转换为电信号。光敏检测模块采用直接检测技术，将接收到的光信号经光电二极管还原成电信号。核心器件光电二极管接收到的光强和其自身的有效接收面积成正比，在视距链路中，接收端可以采用减小接收板距离或者增加透镜折射率的方法来增加光电二极管的有效接收面积。
3.7接收板MCU控制模块
该模块的核心器件为STC89C52RC单片机最小系统，能对光电接收模块产生的信号进行处理，并将其还原为原始数据信息。
3.8接收板USB转串口模块
用于连接接收端MCU控制模块到接收板PC机USB接口，将MCU控制模块串口发出的数据送入PC机串口调试助手中进行显示。
3.9接收端PC机
用于系统终端显示接收端的接收信息。
无线光通信技术原理篇5
关键词：TD-LTE；无线专网；配网自动化
中图分类号：TN929.5
随着我国电网改造的不断深入，自动化与智能化成为配电网发展的必然趋势。配网自动化系统（DistributionAutomationSystem，DAS）是一个利用现代电子技术、通信技术和计算机技术对配电网进行实时数据采集、监控、协调和操作的自动化系统[1]。配网自动化系统主要由配电主站、配电子站、配电终端和通信系统四部分构成[2]。
由于配电终端具有点多、面广、运行环境恶劣等特点，同时，配网自动化业务种类繁多，对传输速率、实时性、安全性和可靠性等方面的要求也各不相同[3]，因此目前还没有一种单一的通信技术可以满足所有配网自动化业务的需求[4]。目前我国配网自动化系统一般采用以光纤通信技术为主，电力线载波技术和无线公网技术为辅的通信方案[5]。本文对我国配网自动化常用的通信技术进行比较分析，并在此基础上提出基于TD-LTE的无线专网通信方案。
1配网自动化通信技术研究
1.1光纤通信
光纤通信指的是以光波为载体，以光纤为传输介质的通信技术。目前配电自动化主干通信网一般利用原有的电力通信网，即调度数据网或MSTP/SDH传输网，接入通信网一般采用工业以太网。
光纤通信具有安全性强，可靠性高，抗干扰能力强，中继距离长，传输速率高等优点[5]，因此成为了配网自动化的主要通信方式。但由于工程造价高昂，部分地区光缆敷设难度大[5]，目前仅适合配电自动化主干通信网以及城区内比较重要的配电终端的接入通信网。
1.2电力线载波通信
电力线载波通信（PowerLineCommunication，PLC）是指将数据调制成载波信号或扩频信号，然后通过耦合器耦合到电力线或电力线屏蔽层上进行通信的技术[6]。
电力线载波通信以电力线路为传输介质，具有投资成本低、与电网建设同步的优势，但传输速率低、抗干扰性差、存在信号覆盖盲区以及受停电的影响大[3]，因此电力线载波通信只能作为配网自动化接入通信网的辅助通信方式。
1.3无线公网通信
配网自动化的无线公网通信技术指的是通过无线终端采集配网自动化的数据，并通过公网运营商提供的专线将数据传送到配网自动化主站。常见的无线公网技术包括GPRS、CDMA和3G通信技术。
无线公网技术具有建设投资小，建设速度快，组网灵活，应用范围广，可扩展性强的优点[3]。但其实时性和安全性较低，不能用于传送实时信息和遥控信息，并且系统建成后需要向网络运营商缴纳租费，运营成本高[5]。所以无线公网通信方式较适合用于不需要遥控功能站点的接入通信网，只能作为配网自动化接入通信网的补充通信方式。
1.4基于TD-LTE的无线专网
LTE（LongTermEvolution，长期演进）是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进。LTE系统采用了下行OFDMA、上行SC-FDMA的多址接入技术，同时引入了MIMO（多输入多输出）、Beamforming（波束赋形）等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（峰值速率能够达到上行50Mbit/s，下行100Mbit/s），并支持多种带宽分配：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖性能显著提升[7]。
基于TD-LTE的无线专网具有传输速率高，实时性强，可靠性高，安全性强，组网灵活，易于扩展和建设维护成本低等优点。以光纤通信为主，TD-LTE无线专网为辅，载波通信和无线公网通信为补充的通信方案，能够满足绝大部分配网自动化业务的需求，从而进一步提高我国的配网自动化水平。
2基于TD-LTE的无线专网在配网自动化的应用
2.1基于TD-LTE的无线专网组网方式
TD-LTE无线专网主要包括无线基站以及无线终端CPE，其中无线基站主要包括天线、RRU（射频拉远模块）和BBU（基带处理单元）。无线基站一般安装在变电站或者区局大楼的楼顶，并通过机房内原有的调度数据网或者MSTP/SDH传输网连接到配电主站。在终端侧，CPE通过网线与配电终端设备相连。无线基站与CPE之间一般采用AES加密技术。
2.2基于TD-LTE的无线专网的测试系统
为了验证基于TD-LTE的无线专网在配网自动化中应用的可行性，我们构建了一个TD-LTE无线专网测试系统：在部分站点安装了无线基站，无线基站通过站内原有的MSTP网络连接至配电主站，在基站的信号覆盖范围内选择了部分配电终端安装了CPE，从而构成了一个TD-LTE无线专网测试系统。利用该测试系统我们对TD-LTE无线专网的无线性能和配网自动化业务应用进行了测试，主要测试结果如下：
（1）覆盖范围：在基站高度35米，CPE高度2米的情况下，一般遮挡的普通城区覆盖半径可达1.5km，严重遮挡的密集区域覆盖半径达到1km。
（2）无线性能：TD-LTE无线专网的传输速率、实时性、安全性和可靠性均能满足配网自动化的需求。
（3）配网自动化业务应用：基于TD-LTE的无线专网能够实现配电终端的遥测和遥信数据的上传以及遥控命令的下发。
通过以上的测试，验证了基于TD-LTE的无线专网的各项性能包括覆盖范围、无线性能以及配网自动化业务应用等方面均能够满足配网自动化的通信需求。
3结束语
本文根据我国配网自动化的建设现状，对配网自动化常用的通信技术进行比较分析，并在此基础上提出基于TD-LTE的无线专网通信方案。通过构建一个TD-LTE无线专网测试系统，本文对TD-LTE无线专网的各项性能包括覆盖范围、无线性能、配网自动化业务应用等进行测试和分析，验证了基于TD-LTE的无线专网在配网自动化中应用的可行性。
参考文献：
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无线光通信技术原理篇6
EPON光纤网络根据设备是否有源，光纤网络可以分为有源光网络(activeopticalnetwork，AON)和无源光网络(passiveopticalnetwork，PON)两类。由于农村配用电通信网络受传输设备供电、维护和建设成本等限制，因此组建农村配用电通信网络时通常采用EPON技术［4］。无线网络根据使用的技术标准不同，无线网络可以分为IEEE802．11、IEEE802．16和2G/3G蜂窝网络(典型的有GSM)［5－6］三种。通用分组无线服务技术(generalpacketradioservice，GPRS)是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，其通过基站广域覆盖，提供大范围的数据传输服务。然而，由于建设和运行成本、对偏远地区覆盖能力、实时性和可靠性等原因制约了蜂窝网络在农村配用电通信网络中的作用。以IEEE802．11和IEEE802．16［7－8］为标准的WiFi和WiMAX无线通信技术，由于通信能力以及无线频段资源等原因制约了它们的发展。电力系统现有的230MHz无线通信网络也由于频段资源等原因限制了其网络容量［4］。PTN技术目前，PTN的代表技术包括T-MPLS和PBB-TE两类。PBB-TE是PBB/IEEE802．1ah标准规范的最新演进［9］。作为有源通信网络，PBB-TE具有高实时性和可靠性，并支持大规模终端接入能力，成为目前电力通信中的新兴技术。同时，它也满足农村配用电通信网络中信息节点多、业务类型复杂和业务流量小等特点，但难以支持无供电条件下的终端接入。综上所述，单一的通信技术均有其局限性。目前，农村配用电通信网络多采用混合多种通信技术的建设策略。
紧耦合通信机制
紧耦合结构现有电力通信混合组网技术均为主站侧汇聚、终端侧独立组网的松耦合方式，即信息终端独立地接入光纤网络或无线网络，不提供冗余通道的手拉手环网。本文所提出的农村配用电通信网络双平面紧耦合的通信机制由光纤网络传输平面和无线网络传输平面组成。双平面紧耦合结构。其中，OLT(opticallineterminal)表示光缆终端设备，ONU(opticalnetworkunit)表示光节点。光纤网络平面由主站侧EPON设备(OLT、ONU)和PTN设备组成由主站到终端的树状拓扑，覆盖主输电线路和部分输电支路到配变台区。无线网络平面由无线基站和无线终端组成蜂窝网络，覆盖全部输电线路和终端。重要终端设备都配置有光纤接口和无线接口，以构成本文所提出的“异构手拉手”环网。紧耦合通信机制的特征农村配用电网的双平面紧耦合通信机制用来将两种异构网络融合成统一的通信网络，其特征包括信息接口耦合和管理接口耦合等。①信息接口耦合当主站侧OLT的光纤通道出现故障时，启用无线网络，以保护重要配用电终端设备信息的传输。②管理接口耦合主站侧OLT的带内网管通过光网络平面实现，带外网管通过无线网络平面实现。当主站侧OLT的光纤网络出现故障时，利用无线网络提供的带外网管功能实现光纤网络的设备管理。
光纤网络与PTN无缝对接
EPON作为无源光网络，具有良好的农村环境适应性和成本优势，但由于其结构的固有特征，无法满足终端设备众多、业务类型复杂和业务流量小等实际通信的需求。本文提出了EPON与PTN的无缝对接方案，具体介绍如下。①农村配用电终端设备的数据信息根据IEEE80标准，封装成数据帧;②数据帧进入ONU之后，根据数据帧的业务类型或数据帧的目的MAC地址，采用IEEE802．1Q封装为不同的S-VID;③带有S-VID标记的数据帧进入PTN设备后，根据S-VID标记进行IEEE802．1Q封装。通过这种无缝对接机制，实现了端到端连接网络的同步传递以及农村配用电终端数据的汇聚、透传和交换。
性能分析
在国家电网公司的农村电网重点通信科技项目和国家“863”计划所开展的工程实践中，主站侧建设的由光纤网络和无线网络构成的异构手拉手农村配用电通信环网与其他在农村构建的光纤手拉手农村配用电通信环网的比较具体如下。①成本分析按如下公式，对比手拉手环网与本文提出的异构手拉手环网的建设成本。光纤手拉手环网的单价计算公式为:平均单价=ONU单价+PTN单价+2［(OLT单价/ONU个数)+(主干光纤的总价格/ONU个数)］+平均每增加一个ONU所用的光纤均价异构手拉手环网的单价计算公式为:平均单价1=ONU单价+PTN单价+OLT单价/ONU个数+主干光纤的总价格/ONU个数+平均每增加一个ONU所用的光纤均价+设备单价/单个节点的个数+单个无线节的单价平均单价2=ONU单价+PTN单价+2［(OLT单价/ONU个数)+(主干光纤的总价格/ONU个数)］+平均每增加一个ONU所用的光纤均价②可靠性分析网络设备供应商提供的设备性能参数如下:光纤线路误码率的数量级为10－9;OLT设备的可靠性为99．99%，并发数为4094×4094=16760836;ONU设备的可靠性为99%;无线线路误码率的数量级为10－6;无线基站设备的可靠性为99．999%。单条链路的可靠性计算公式为:单条光纤链路的可靠性=ONU设备的可靠性×(1－链路的误码率)×OLT设备的可靠性单条无线链路的可靠性=基站设备的可靠性×(1－链路的误码率)×终端设备的可靠性光纤手拉手环网的可靠性计算公式为:手拉手环网的可靠性=1－(1－单条光纤链路的可靠性)×(1－单条光纤链路的可靠性)异构手拉手环网的可靠性计算公式为:异构手拉手环网的可靠性=1－(1－单条光纤链路的可靠性)×(1－单条无线链路的可靠性)通过比较以上公式可以得出，在同等数量的终端设备条件下，异构手拉手环网和手拉手环网的可靠性相接近。③安全性和可扩展性分析在农村配用电网双平面紧耦合的通信机制中，采用MAC-in-MAC封装方式。该方式屏蔽了配用电终端设备网络侧的信息，解决了网络安全性问题。此外，MAC-in-MAC封装也具有清晰的层次化结构。在传输网设备的MAC帧头中增加具有24bit业务标签I-TAG，理论上可以支持1600万用户，这从根本上解决了终端设备众多、业务类型复杂、业务流量小以及管理困难等问题［6］。④可维护性分析在农村配用电网的双平面紧耦合通信机制中，综合带内、带外网络管理方式，即带内网管采用光纤网络通道，带外网管则采用无线通道，提高了设备的配置和管理能力。
工程实践和平滑演进
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