公開(kāi)發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文
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公開(kāi)發(fā)表通信學(xué)術(shù)論文篇一
衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信的應(yīng)用探討
摘要:自然或人為的突發(fā)性緊急情況,往往可能導(dǎo)致正常通信設(shè)施的破壞,建設(shè)應(yīng)急通信機(jī)制,有利于構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)可靠的電力通信網(wǎng)。本文結(jié)合衛(wèi)星通信技術(shù)的特性,探討衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信的 應(yīng)用方案。
關(guān)鍵詞:應(yīng)急通信、電網(wǎng)通信、衛(wèi)星通信、應(yīng)用分析
作者信息:
羅瑤,廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,研究方向:電力系統(tǒng)通信規(guī)劃和設(shè)計(jì),廣東,廣州,510663
概述
電力系統(tǒng)應(yīng)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(tái)風(fēng)、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(shè)施可能出現(xiàn)癱瘓或擁塞的情況下,為應(yīng)對(duì)緊急情況而綜合利用各種通信資源和設(shè)備, 組織建立的一種特殊的通信機(jī)制。應(yīng)急通信在發(fā)生緊急情況時(shí),可以在原正常通信系統(tǒng)癱瘓情況下盡快恢復(fù)通信,保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行或盡快恢復(fù)運(yùn)行,最大限度減少對(duì) 社會(huì)和國(guó)家造成的損失,保障社會(huì)、國(guó)家各項(xiàng) 工作的順利執(zhí)行。
大多數(shù)情況下,無(wú)法確定預(yù)知什么時(shí)候會(huì)需要應(yīng)急通信,無(wú)法進(jìn)行事先準(zhǔn)備。有些情況下,雖然人們可以預(yù)知需要應(yīng)急通信的大致時(shí)間,但卻沒(méi)有充分的時(shí)間做好應(yīng)急通信的準(zhǔn)備。 大多數(shù)情況下,也不確定需要應(yīng)急通信的地點(diǎn)。僅少數(shù)情況下,可以大致確定需要應(yīng)急通信的地點(diǎn)。這些地點(diǎn)包括有天氣預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)影響的區(qū)域,有地震預(yù)報(bào)的地震影響區(qū)域等。
近年來(lái)衛(wèi)星技術(shù)得到很好的 發(fā)展,衛(wèi)星采用動(dòng)態(tài)功率 管理和動(dòng)態(tài)帶寬管理(DLA)等新技術(shù),能根據(jù)天氣的變化自動(dòng)調(diào)整星上的功率分配,同時(shí)能自適應(yīng)地調(diào)整衛(wèi)星鏈路的調(diào)制和糾錯(cuò)編碼方式,以保證降雨時(shí)通信鏈路的暢通。目前衛(wèi)星新技術(shù)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(jìn)一步降低。目前采用基于IP 包交換技術(shù)的寬帶通信系統(tǒng),能靈活的接入多種業(yè)務(wù)。新一代的衛(wèi)星通信地面站安裝簡(jiǎn)單、快捷,更便于受災(zāi)情況下的設(shè)備迅速安裝。
本文將簡(jiǎn)要介紹衛(wèi)星通信的技術(shù),給出衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信的推薦應(yīng)用方案,并綜合分析其 經(jīng)濟(jì)性等,并形成衛(wèi)星通信在電力應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)用的結(jié)論。
衛(wèi)星通信技術(shù)簡(jiǎn)介
基本原理
衛(wèi)星通信設(shè)備包括射頻設(shè)備和中頻設(shè)備,射頻設(shè)備選用Ku波段≥16W ODU,中頻設(shè)備為衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。其工作過(guò)程為:上行方向,來(lái)自通信終端設(shè)備如圖像編解碼器、 計(jì)算機(jī)、語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)復(fù)接器傳給衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器,經(jīng)過(guò)編碼、糾錯(cuò)、調(diào)制后形成70MHz中頻信號(hào),再傳輸送至ODU,通過(guò)變頻及信號(hào)放大,形成Ku波段信號(hào),由衛(wèi)星天線發(fā)射上星;下行方向,由天線接收到的來(lái)自衛(wèi)星的Ku波段信號(hào),經(jīng)ODU放大變頻后成為70MHz信號(hào),傳送給衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器,信號(hào)被解調(diào)、解碼后形成基帶信號(hào),再經(jīng)過(guò)復(fù)接器分發(fā)給各個(gè)通信終端。衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器可同時(shí)接收到自己發(fā)射的下行信號(hào),通過(guò)顯示器監(jiān)控發(fā)射圖象信號(hào)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(dòng),衛(wèi)星是靜止的(由于衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)同步,而對(duì)地球應(yīng)相對(duì)靜止),所以又稱(chēng)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(dòng)站與衛(wèi)星間的移動(dòng)衛(wèi)星鏈路用L頻段,衛(wèi)星地面站與衛(wèi)星間的無(wú)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(lèi)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(shù)特點(diǎn)
衛(wèi)星通信的傳播距離遠(yuǎn)。同步通信衛(wèi)星可以覆蓋最大跨度達(dá)一萬(wàn)八千公里的區(qū)域。在這個(gè)覆蓋區(qū)的任意兩點(diǎn)都可通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行通信,而微波通信一般是50公里左右設(shè)一個(gè)中繼站,一顆同步通信衛(wèi)星的覆蓋距離相當(dāng)于300多個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器,可提供幾十路電視和成千上萬(wàn)路電話(huà)。
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?xiàng)l件和氣象的影響,可獲得高質(zhì)量的通信信號(hào)。
衛(wèi)星通信運(yùn)用靈活、適應(yīng)性強(qiáng)。它不僅能實(shí)現(xiàn)陸上任意兩點(diǎn)間的通信,而且能實(shí)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(gè)多方向、多點(diǎn)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(shè)備相比,耗費(fèi)的資金少,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的造價(jià)并不隨通信距離的增加而提高,隨著設(shè)計(jì)和工藝的成熟,成本在不斷降低。
衛(wèi)星通信推薦應(yīng)用方案
衛(wèi)星通信解決方案
針對(duì)電力系統(tǒng)變電站為主的應(yīng)急通信需求,由于變電站位置固定,故暫不需要考慮可移動(dòng)的車(chē)載衛(wèi)星終端。采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成電力應(yīng)急通信系統(tǒng),有以下3個(gè)方案:
衛(wèi)星手機(jī)方式
根據(jù)需要在變電站配置多套衛(wèi)星手機(jī),租用運(yùn)營(yíng)商的信道。
在應(yīng)急情況下需要優(yōu)先解決的是語(yǔ)音業(yè)務(wù),目前衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商已推出衛(wèi)星移動(dòng)手機(jī)的服務(wù),它采用基于衛(wèi)星的GSM變種模式,衛(wèi)星上共有140個(gè)L波段點(diǎn)波束,系統(tǒng)采用7小區(qū)頻率復(fù)用模型(理論上與GSM相似)。在應(yīng)急情況下,由衛(wèi)星手機(jī)與調(diào)度中心建立語(yǔ)音通信,由調(diào)度中心對(duì)變電站進(jìn)行語(yǔ)音調(diào)度和指揮。
固定式衛(wèi)星終端
在調(diào)度中心設(shè)置一個(gè)衛(wèi)星通信固定中心站,在重要變電站或者臺(tái)風(fēng)易發(fā)生的變電站設(shè)立固定式衛(wèi)星終端。
應(yīng)急通信網(wǎng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu),租用衛(wèi)星通信 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的鏈路服務(wù),組成衛(wèi)星寬帶網(wǎng)的電力調(diào)度應(yīng)急無(wú)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(tái)支持多種業(yè)務(wù),包括話(huà)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),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(yīng)能滿(mǎn)足調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備廠家及電力傳輸規(guī)約要求。
圖2 固定式衛(wèi)星終端結(jié)構(gòu)示意圖
便攜式衛(wèi)星終端
在調(diào)度中心設(shè)置一個(gè)衛(wèi)星通信固定中心站,配置兩套便攜式衛(wèi)星終端。
應(yīng)急通信網(wǎng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu),租用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的服務(wù),組成衛(wèi)星寬帶網(wǎng)的電力調(diào)度應(yīng)急私有子網(wǎng)。各子站的設(shè)置位置既考慮地理上覆蓋均勻,又要考慮站點(diǎn)的重要性。便攜式衛(wèi)星終端平時(shí)不工作,出現(xiàn)突發(fā)災(zāi)難或事故時(shí),將便攜式衛(wèi)星終端迅速運(yùn)往受災(zāi)變電站,進(jìn)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(chǎng)的視頻圖像傳回指揮中心,統(tǒng)一由指揮中心進(jìn)行語(yǔ)音調(diào)度,并與現(xiàn)場(chǎng)召開(kāi)視頻會(huì)議,指揮搶險(xiǎn)救災(zāi)。根據(jù)災(zāi)難情況一般有一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)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(tái)支持多種業(yè)務(wù),包括數(shù)據(jù)、話(huà)音、圖像以及多媒體業(yè)務(wù),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(jié)構(gòu)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(shè)備及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),中心交換機(jī)需采用高端的三層交換機(jī),并配置VOIP網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)有帶VOIP網(wǎng)關(guān)的行政交換機(jī)的連接,可提供多路電話(huà)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(huì)議電視系統(tǒng),由交換機(jī)進(jìn)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(shè)快速方便。它可以在衛(wèi)星通信車(chē)無(wú)法到達(dá)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信功能,為現(xiàn)場(chǎng)與指揮中心之間提供視頻、音頻、數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信。
衛(wèi)星通信頻段選擇
選擇Ku波段的優(yōu)點(diǎn)是:使VSAT小站的天線口徑小、便于便攜和車(chē)載。受變電所電磁諧波干擾影響也更小;但由于主要應(yīng)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(wèn)題必須考慮。可根據(jù)鏈路計(jì)算,預(yù)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(yùn)行。
選擇C波段的優(yōu)點(diǎn)是:雨衰特性比Ku波段要好,受降雨對(duì)VSAT通信的影響比Ku波段要小得多。但在C波段下,VSAT應(yīng)急臺(tái)站的天線口徑要比Ku的要大、不便于便攜,如果用于車(chē)載臺(tái)站,則勢(shì)必很大的增加車(chē)輛的造價(jià)。
如果選擇固定臺(tái)站采用C波段,而便攜和車(chē)載臺(tái)站選擇Ku波段,則會(huì)極大地增加臺(tái)站間各種業(yè)務(wù)互通之間的難度和質(zhì)量。因此,無(wú)論使固定臺(tái)站還是移動(dòng)臺(tái)站還是宜選擇同一波段的同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。
經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)
衛(wèi)星通信三種方案在提供業(yè)務(wù)類(lèi)型、技術(shù)特點(diǎn)及建設(shè)費(fèi)用等方面的比較如下:
衛(wèi)星手機(jī) 固定式衛(wèi)星終端 便攜式衛(wèi)星終端
提供的業(yè)務(wù)類(lèi)型 語(yǔ)音 語(yǔ)音、數(shù)據(jù) 語(yǔ)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(fèi)用 最低 中等 最高
移動(dòng)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(fèi)用計(jì)算方法 按分鐘計(jì)算 按帶寬及月計(jì)算 按小時(shí)計(jì)算
鏈路租用費(fèi)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(hù)體系,調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)必須在電力專(zhuān)網(wǎng)上承載,那應(yīng)急情況下也只需恢復(fù)語(yǔ)音業(yè)務(wù),那就采用衛(wèi)星手機(jī)方式。當(dāng)在應(yīng)急情況下如果能允許調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)由公網(wǎng)承載,固定式衛(wèi)星終端目前能解決語(yǔ)音和調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)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(shè)費(fèi)用和鏈路租賃費(fèi)用不高,可以在重要的500kV變電站采用這種方式進(jìn)行業(yè)務(wù)的保護(hù),需要用的時(shí)候才打開(kāi)設(shè)備進(jìn)行傳送。便攜式衛(wèi)星終端更傾向于解決變電站的搶險(xiǎn)救災(zāi),由于硬件費(fèi)用較高,不建議大面積設(shè)立,而且由于視頻對(duì)帶寬要求高,只能實(shí)現(xiàn)中心站與最多兩個(gè)受災(zāi)點(diǎn)的 聯(lián)系。
結(jié)論
衛(wèi)星通信具有無(wú)縫覆蓋,覆蓋面廣,通信距離長(zhǎng),通信線路穩(wěn)定,通信頻帶寬、容量大等特點(diǎn)。對(duì)于受災(zāi)地點(diǎn)不確定和時(shí)間不確定等因素,衛(wèi)星通信具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。建議電力系統(tǒng)可采用以上介紹的三種方案互相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)高效、快捷、靈活、可靠、經(jīng)濟(jì)的應(yīng)急通信。
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