公開發(fā)表通信學術論文

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　　公開發(fā)表通信學術論文篇一

　　衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)應急通信的應用探討

　　摘要：自然或人為的突發(fā)性緊急情況，往往可能導致正常通信設施的破壞，建設應急通信機制，有利于構建堅強可靠的電力通信網(wǎng)。本文結合衛(wèi)星通信技術的特性，探討衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)應急通信的 應用方案。

　　關鍵詞：應急通信、電網(wǎng)通信、衛(wèi)星通信、應用分析

　　作者信息：

　　羅瑤，廣東省電力設計研究院，研究方向：電力系統(tǒng)通信規(guī)劃和設計，廣東，廣州，510663

　　概述

　　電力系統(tǒng)應急通信是指在出現(xiàn)自然或人為的突發(fā)性緊急情況，如臺風、海嘯、暴雨、洪水、地震、冰雪或人為破壞，在原有變電站正常通信設施可能出現(xiàn)癱瘓或擁塞的情況下，為應對緊急情況而綜合利用各種通信資源和設備， 組織建立的一種特殊的通信機制。應急通信在發(fā)生緊急情況時，可以在原正常通信系統(tǒng)癱瘓情況下盡快恢復通信，保障電力系統(tǒng)正常運行或盡快恢復運行，最大限度減少對 社會和國家造成的損失，保障社會、國家各項 工作的順利執(zhí)行。

　　大多數(shù)情況下，無法確定預知什么時候會需要應急通信，無法進行事先準備。有些情況下，雖然人們可以預知需要應急通信的大致時間，但卻沒有充分的時間做好應急通信的準備。 大多數(shù)情況下，也不確定需要應急通信的地點。僅少數(shù)情況下，可以大致確定需要應急通信的地點。這些地點包括有天氣預報的臺風影響的區(qū)域，有地震預報的地震影響區(qū)域等。

　　近年來衛(wèi)星技術得到很好的 發(fā)展，衛(wèi)星采用動態(tài)功率 管理和動態(tài)帶寬管理(DLA)等新技術，能根據(jù)天氣的變化自動調(diào)整星上的功率分配，同時能自適應地調(diào)整衛(wèi)星鏈路的調(diào)制和糾錯編碼方式，以保證降雨時通信鏈路的暢通。目前衛(wèi)星新技術的采用，使系統(tǒng)的容量更大，在鏈路帶寬、可靠性和傳輸性能都得到了提高，終端站成本和衛(wèi)星鏈路成本也進一步降低。目前采用基于IP 包交換技術的寬帶通信系統(tǒng)，能靈活的接入多種業(yè)務。新一代的衛(wèi)星通信地面站安裝簡單、快捷，更便于受災情況下的設備迅速安裝。

　　本文將簡要介紹衛(wèi)星通信的技術，給出衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)應急通信的推薦應用方案，并綜合分析其 經(jīng)濟性等，并形成衛(wèi)星通信在電力應急通信系統(tǒng)應用的結論。

　　衛(wèi)星通信技術簡介

　　基本原理

　　衛(wèi)星通信設備包括射頻設備和中頻設備，射頻設備選用Ku波段≥16W ODU，中頻設備為衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。其工作過程為：上行方向，來自通信終端設備如圖像編解碼器、 計算機、語音、圖像、數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)流經(jīng)過復接器傳給衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，經(jīng)過編碼、糾錯、調(diào)制后形成70MHz中頻信號，再傳輸送至ODU，通過變頻及信號放大，形成Ku波段信號，由衛(wèi)星天線發(fā)射上星;下行方向，由天線接收到的來自衛(wèi)星的Ku波段信號，經(jīng)ODU放大變頻后成為70MHz信號，傳送給衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，信號被解調(diào)、解碼后形成基帶信號，再經(jīng)過復接器分發(fā)給各個通信終端。衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器可同時接收到自己發(fā)射的下行信號，通過顯示器監(jiān)控發(fā)射圖象信號的質(zhì)量。

　　組網(wǎng)方案

　　同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)是終端在移動，衛(wèi)星是靜止的(由于衛(wèi)星繞地球的運行周期與地球自轉同步，而對地球應相對靜止)，所以又稱為靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。 GEO的衛(wèi)星距地約36,000Km，通常約三顆衛(wèi)星可以覆蓋全球。移動站與衛(wèi)星間的移動衛(wèi)星鏈路用L頻段，衛(wèi)星地面站與衛(wèi)星間的無線饋線鏈路采用C頻段(圖1)。目前較普遍采用的VSAT(小站衛(wèi)星系統(tǒng))也屬于這類系統(tǒng)。VSAT由主站、小站和衛(wèi)星組成，主站使用大型天線，用于Ku波段的天線直徑為1.2m-8m，用于C波段的天線直徑為7m-13m;小站天線的直徑為0.3m-2.4m。

　　圖1 VSAT通信系統(tǒng)示意圖

　　技術特點

　　衛(wèi)星通信的傳播距離遠。同步通信衛(wèi)星可以覆蓋最大跨度達一萬八千公里的區(qū)域。在這個覆蓋區(qū)的任意兩點都可通過衛(wèi)星進行通信，而微波通信一般是50公里左右設一個中繼站，一顆同步通信衛(wèi)星的覆蓋距離相當于300多個微波中繼站。

　　衛(wèi)星通信路數(shù)多、容量大。一顆現(xiàn)代通信衛(wèi)星，可攜帶幾十個轉發(fā)器，可提供幾十路電視和成千上萬路電話。

　　衛(wèi)星通信質(zhì)量好、可靠性高。衛(wèi)星通信的傳輸環(huán)節(jié)少，不受地理條件和氣象的影響，可獲得高質(zhì)量的通信信號。

　　衛(wèi)星通信運用靈活、適應性強。它不僅能實現(xiàn)陸上任意兩點間的通信，而且能實現(xiàn)船與船、船與岸上、空中與陸地之間的通信，它可以組成一個多方向、多點的立體通信網(wǎng)。

　　衛(wèi)星通信成本低。在同樣容量、同樣距離的條件下，衛(wèi)星通信和其他通信設備相比，耗費的資金少，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的造價并不隨通信距離的增加而提高，隨著設計和工藝的成熟，成本在不斷降低。

　　衛(wèi)星通信推薦應用方案

　　衛(wèi)星通信解決方案

　　針對電力系統(tǒng)變電站為主的應急通信需求，由于變電站位置固定，故暫不需要考慮可移動的車載衛(wèi)星終端。采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成電力應急通信系統(tǒng)，有以下3個方案：

　　衛(wèi)星手機方式

　　根據(jù)需要在變電站配置多套衛(wèi)星手機，租用運營商的信道。

　　在應急情況下需要優(yōu)先解決的是語音業(yè)務，目前衛(wèi)星運營商已推出衛(wèi)星移動手機的服務，它采用基于衛(wèi)星的GSM變種模式，衛(wèi)星上共有140個L波段點波束，系統(tǒng)采用7小區(qū)頻率復用模型(理論上與GSM相似)。在應急情況下，由衛(wèi)星手機與調(diào)度中心建立語音通信，由調(diào)度中心對變電站進行語音調(diào)度和指揮。

　　固定式衛(wèi)星終端

　　在調(diào)度中心設置一個衛(wèi)星通信固定中心站，在重要變電站或者臺風易發(fā)生的變電站設立固定式衛(wèi)星終端。

　　應急通信網(wǎng)采用點對多點的結構，租用衛(wèi)星通信 網(wǎng)絡運營商提供的鏈路服務，組成衛(wèi)星寬帶網(wǎng)的電力調(diào)度應急無線通信網(wǎng)，衛(wèi)星通信網(wǎng)可以作為光纖傳輸網(wǎng)的備用方式。衛(wèi)星通信網(wǎng)是基于IP協(xié)議的，同一平臺支持多種業(yè)務，包括話音和數(shù)據(jù)業(yè)務，每條租用的衛(wèi)星鏈路不小于64K。其中要求衛(wèi)星中數(shù)據(jù)的雙向傳送應能滿足調(diào)度自動化設備廠家及電力傳輸規(guī)約要求。

　　圖2 固定式衛(wèi)星終端結構示意圖

　　便攜式衛(wèi)星終端

　　在調(diào)度中心設置一個衛(wèi)星通信固定中心站，配置兩套便攜式衛(wèi)星終端。

　　應急通信網(wǎng)采用點對多點的結構，租用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡運營商提供的服務，組成衛(wèi)星寬帶網(wǎng)的電力調(diào)度應急私有子網(wǎng)。各子站的設置位置既考慮地理上覆蓋均勻，又要考慮站點的重要性。便攜式衛(wèi)星終端平時不工作，出現(xiàn)突發(fā)災難或事故時，將便攜式衛(wèi)星終端迅速運往受災變電站，進行建議安裝便可使用，主要與調(diào)度指揮中心通信，可以把事故現(xiàn)場的視頻圖像傳回指揮中心，統(tǒng)一由指揮中心進行語音調(diào)度，并與現(xiàn)場召開視頻會議，指揮搶險救災。根據(jù)災難情況一般有一個或多個移動子站投入使用。衛(wèi)星通信網(wǎng)要求基于IP協(xié)議的，同一平臺支持多種業(yè)務，包括數(shù)據(jù)、話音、圖像以及多媒體業(yè)務，考慮到視頻的質(zhì)量，建議租用鏈路不小于2Mbps。

　　圖3 便攜式衛(wèi)星終端結構示意圖

　　方案比較

　　方案二及方案三，調(diào)度中心需配置衛(wèi)星天線、解調(diào)設備及網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，中心交換機需采用高端的三層交換機，并配置VOIP網(wǎng)關與現(xiàn)有帶VOIP網(wǎng)關的行政交換機的連接，可提供多路電話和傳真。其中，第三種方案可利用H.323協(xié)議接入現(xiàn)有的會議電視系統(tǒng)，由交換機進行VLAN的劃分和路由的指向。便攜式衛(wèi)星通信終端要求體積小，重量輕，安裝架設快速方便。它可以在衛(wèi)星通信車無法到達的現(xiàn)場實現(xiàn)衛(wèi)星通信功能，為現(xiàn)場與指揮中心之間提供視頻、音頻、數(shù)據(jù)和語音通信。

　　衛(wèi)星通信頻段選擇

　　選擇Ku波段的優(yōu)點是：使VSAT小站的天線口徑小、便于便攜和車載。受變電所電磁諧波干擾影響也更小;但由于主要應急通信區(qū)域基本上都在降雨量很大的南方亞熱帶和熱帶地區(qū)，雨衰問題必須考慮。可根據(jù)鏈路計算，預留足夠余量，并將VSAT小站的發(fā)射功率按推到飽和狀態(tài)運行。

　　選擇C波段的優(yōu)點是：雨衰特性比Ku波段要好，受降雨對VSAT通信的影響比Ku波段要小得多。但在C波段下，VSAT應急臺站的天線口徑要比Ku的要大、不便于便攜，如果用于車載臺站，則勢必很大的增加車輛的造價。

　　如果選擇固定臺站采用C波段，而便攜和車載臺站選擇Ku波段，則會極大地增加臺站間各種業(yè)務互通之間的難度和質(zhì)量。因此，無論使固定臺站還是移動臺站還是宜選擇同一波段的同一網(wǎng)絡平臺。

　　經(jīng)濟分析評價

　　衛(wèi)星通信三種方案在提供業(yè)務類型、技術特點及建設費用等方面的比較如下：

　　衛(wèi)星手機 固定式衛(wèi)星終端 便攜式衛(wèi)星終端

　　提供的業(yè)務類型 語音 語音、數(shù)據(jù) 語音、數(shù)據(jù)、視頻

　　是否需要中心站 否 是 是

　　衛(wèi)星小站硬件費用 最低 中等 最高

　　移動性 好 不好 好

　　帶寬 (GSM)9.6kbps;

　　(衛(wèi)星)2.4kbps 64kbps至2Mbps 2Mbps/4Mbps可選

　　鏈路租用費用計算方法 按分鐘計算 按帶寬及月計算 按小時計算

　　鏈路租用費用 最低 中等 較高

　　綜合以上三種方案，如果考慮電力系統(tǒng)二次安全防護體系，調(diào)度自動化業(yè)務必須在電力專網(wǎng)上承載，那應急情況下也只需恢復語音業(yè)務，那就采用衛(wèi)星手機方式。當在應急情況下如果能允許調(diào)度自動化業(yè)務由公網(wǎng)承載，固定式衛(wèi)星終端目前能解決語音和調(diào)度自動化業(yè)務的傳送，它可以作為光纖通信方式的備用，由于固定站的建設費用和鏈路租賃費用不高，可以在重要的500kV變電站采用這種方式進行業(yè)務的保護，需要用的時候才打開設備進行傳送。便攜式衛(wèi)星終端更傾向于解決變電站的搶險救災，由于硬件費用較高，不建議大面積設立，而且由于視頻對帶寬要求高，只能實現(xiàn)中心站與最多兩個受災點的 聯(lián)系。

　　結論

　　衛(wèi)星通信具有無縫覆蓋，覆蓋面廣，通信距離長，通信線路穩(wěn)定，通信頻帶寬、容量大等特點。對于受災地點不確定和時間不確定等因素，衛(wèi)星通信具有不可比擬的優(yōu)點。建議電力系統(tǒng)可采用以上介紹的三種方案互相結合的方式，實現(xiàn)高效、快捷、靈活、可靠、經(jīng)濟的應急通信。

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