智能電網中的無線通信技術解析

　　一、概述

智能電網是為了保證電力系統的安全穩定運行應運而生的。它同電力系統的安全穩定控制系統、調度自動化系統被人們合稱為電力系統安全穩定運行的三大支柱。我國的智能電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、光纜等多種通信手段構建而成為立體交叉通信網。隨著無線通信技術的發展，無線通信系統的特性發生巨大的變化。鑒於采用無線通信網不依賴於電網網架，且抗自然災害能力較強，同時具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸等優點，非常適合彌補目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。下面就來簡單介紹一下無線通信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)無線通信技術的概念

目前，無線通信及其應用已成為當今信息科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線基站、無線終端及應用管理服務器等組成。

(二)無線通信技術的發展現狀

無線通信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的無線局域網(WLAN)、基於IEEE802.16的無線城域網(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。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶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信系統。

1.主流無線通信技術

從技術發展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無線通信技術將成為未來無線通信發展的主流方向。而目前基於該技術的無線通信技術主要有：B3G、WiMAX、Wi-Fi、WMN等4種技術。

2.其他無線通信技術

除了上述主流的無線通信技術外，目前已存在的無線通信技術還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛星通信等長距離通信技術。

(1)IrDA：Infrared Data Association，是點對點的數據傳輸協議，通信距離一般在0-1m之間，傳輸速率最快可達16Mbps，通信介質為波長900納米左右的近紅外線。

(2)Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴展技術，通信介質為2.402GHz 到2.480GHz的電磁波。

(3)RFID：Radio Frequency Identification，即射頻識別，俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象並獲取相關數據。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。

(4)UWB：Ultra Wideband，即超寬帶技術。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數字通信系統，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統的復雜性，降低成本。

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。該技術適用於無線局域網，作為有線網絡的延伸，對於特殊地點寬帶應用，盡管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采用的是射頻(RF)技術，通過空氣發送和接收數據。由於無線網絡使用無線電波傳輸數據信號，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范圍內盜取數據甚至進入未受保護的公司內部局域網。

(二)WiMAX技術分析

WiMAX是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率復用性小、利用率低的問題，但由於最近才完成標准化，該技術的大規模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看，該技術可以在較大范圍內滿足上網要求，覆蓋可以包括室外和室內，可以進行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數基站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裡網絡接入服務。

(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持該技術的大規模應用。從應用前景看，WMN 這一新興網絡不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應用空間，在其他方面如結合數據、圖像采集模塊可以對目標對象進行監控或數據采集，並廣泛應用到環境檢測、工業、交通等領域。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年提出標准，2000年完成包括上層協議在內的完整標准的制訂工作。3G網絡部署已具備相當的實踐經驗，有一成套建網的理論，包括對網絡的鏈路預算、傳播模型預算以及計算機仿真等。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的網絡。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網絡。

(五)LMDS技術分析

本地多點分布業務系統LMDS是一種提供點對多點通信的固定寬帶無線接入技術，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內提供數字雙工語音、數據、因特網和視頻業務，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優情況下，距離可達8公裡;但是由於受降雨的原因，距離通常限於1.5公裡。

其主要工作原理是通過扇區或基站設備將ATM骨干網基帶信息調制為射頻信號發射出去，在其覆蓋區域內的許多用戶端設備接收並將射頻信號還原為 ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設光纖或銅纜情況下，實現數據雙向對稱高帶寬無線傳輸。

(六)MMDS技術分析

MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信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采用的調制技術主要是相移鍵控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度調制QAM調制技術，無法做到非視距傳輸，在目前復雜的城市環境下難以推廣應用。另外，MMDS沒有統一的國際標准，各廠家的設備存在兼容性問題。

(七)集群通信技術分析

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用戶容量;它提高了信號抗信道衰落的能力，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。

數字集群移動通信系統可提供多業務服務，也就是說除數字語音信號外，還可以傳輸用戶數字、圖像信息等。由於網內傳輸的是統一的數字信號，因此極大地提高了集群網的服務功能。

(八)點對點微波通信技術分析

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成本。與租用線路相比，微波系統的投資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的平台之上，可以全面支持運營商未來的發展。

(九)衛星通信技術分析

利用衛星在有些人口不很密集的地區來配合陸地通信。在這些地區散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛星作為用戶連至固定有線網的接入設施。在陸地通信網已經構成寬帶多媒體通信網的環境下，利用衛星建成寬帶衛星接入系統是比較好而切合實際的方案，經濟又可靠。

但是衛星通信畢竟是采用衛星作為通信平台，其地面站的建設、通信信道租用費用都需要花費大量資金，而且通信資源為衛星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數據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;而將衛星通信作為應急通信、作戰通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術綜合比較

目前無線通信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范圍、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游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數據接入，而UWB可實現近距離的超高速無線接入。

首先，從標准化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標准體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標准，只是沒有統一的國際標准，其余的技術均已經完成標准化工作，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。

從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術、WMN技術屬於局域網無線接入技術，僅覆蓋35m-100m;WiMAX技術、3G技術、LMDS技術、 MMDS技術、集群通信屬於城域網接入技術，覆蓋范圍在1km-54km不等，而衛星通信、點對點微波則屬於廣域網技術，通常用於通信主干組網建設。

從傳輸速率上看，點對點微波和衛星通信屬於干線傳輸技術，不同的情況速率變化較大，而其余的技術均為接入技術，僅僅是3G技術接入速率最小，僅為384k，而其余技術均為幾十M甚至上百M的速率。

從調制技術上看，其中Wi-Fi技術、WiMAX技術、WMN、3G技術均采用最新的調制技術OFDM，其余的技術均未采用OFDM調制技術。

從天線技術