摘 要：對于智能電網(wǎng)的信息化來說,數(shù)據(jù)信息的采集和傳輸是很重要的環(huán)節(jié)和基礎,，目前絕大多數(shù)基于移動公網(wǎng)的電力運維監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)受制于地理環(huán)境和無線覆蓋盲區(qū)的限制,，存在偏遠地區(qū)通信和數(shù)據(jù)傳輸困難的缺點，針對這一難題,，提出基于TDMA時分接入的電力無線OFDM終端傳輸方式,，能夠很好的實現(xiàn)電力運維巡檢以及搶險搶修的穩(wěn)定,、可靠的遠距離的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸，并且可以實現(xiàn)智能巡測,、巡檢終端的遠距離非視距的無線接入,，有利于智能電網(wǎng)信息化、互動化的發(fā)展,。針對此問題,，我公司與廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局共同進行研究。
關(guān)鍵詞：OFDM 時分接入 電力巡檢 數(shù)據(jù)傳輸
中文分類號：TM73 文獻標識碼：A
一,、引言
隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,，智能巡檢和電力狀態(tài)信息采集逐漸成為不可缺少的重要環(huán)節(jié)，這對其中的電力數(shù)據(jù)傳輸提出了越來越高的要求,，目前電力輸變電系統(tǒng)采集的監(jiān)測信息和監(jiān)控視頻數(shù)據(jù),，需要通過電力數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷斪冸姞顟B(tài)監(jiān)測主站，而監(jiān)測點的數(shù)據(jù)接入普遍采用運營商無線公網(wǎng)（GPRS/CDMA/3G）作為主要傳輸手段,，但對于偏遠地區(qū),，公網(wǎng)信號覆蓋普遍較差，存在盲區(qū),，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)很困難,，同時電力巡檢在偏遠地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸就更加困難，針對電力巡檢和監(jiān)測領(lǐng)域存在的問題,，本文提出采用OFDM技術(shù)的無線基站和終端接入技術(shù),，實現(xiàn)智能巡檢和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的OFDM終端無線接入和傳輸，不僅解決偏遠地區(qū)電力運維監(jiān)測通信的需求,，而且可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�,、可靠性和移動性�?br />
二、技術(shù)方案
（一）系統(tǒng)總體架構(gòu)
.png)
圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖
系統(tǒng)總體架構(gòu)采用三層的結(jié)構(gòu),，如圖1所示,。第一層是數(shù)據(jù)采集層，包括電力輸變電狀態(tài)監(jiān)測信息的采集,，視頻監(jiān)控圖像的采集,，電力應急搶險搶修現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集； 第二層無線接入層,，采用TDMA的無線接入技術(shù),，通過TDMA時分協(xié)議方式和遠端的基站進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠距離的無線基站覆蓋,；第三層是監(jiān)控中心主站網(wǎng)絡層,，通過電力專網(wǎng)將現(xiàn)場采集的輸變電監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)控圖像視頻上傳到主站服務器進行存儲、查詢,、顯示,、分析處理和控制,。
為避免多徑傳播多徑時延造成的誤碼和碼間串擾（ISI），不采用單載波調(diào)制,，而是采用正交頻分復用的OFDM技術(shù),，將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸,。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以大大減少子信道之間的相互干擾(ISI) ,。同時在基帶層采用TDMA時分協(xié)議來平均分配每個終端設備的傳輸時間,，在時隙之間設置保護時間（Gard Time），能夠進一步的減少和消除碼間串擾（ISI）,。
（二）系統(tǒng)應用及特點
系統(tǒng)在第二層采用TDMA時分協(xié)議,，具有較好的優(yōu)勢和明顯的特點；
1）該TDMA協(xié)議采用時分分配的特點,，從而不需要像WiFi的802.11協(xié)議所規(guī)定的那樣需要等待對方的確認信息（ACK），也不需要再做隨機退避（random backoff）的機制,。
2）該TDMA協(xié)議在單位時間間隙內(nèi)使用猝發(fā)（bursting）的方式發(fā)送數(shù)據(jù),，每個數(shù)據(jù)包的時間間隔僅9～10µs，而傳統(tǒng)802.11協(xié)議的WiFi技術(shù)每個數(shù)據(jù)包之間的間隔時間需要200～300µs,，因此TDMA協(xié)議的傳輸效率相比傳統(tǒng)的WiFi技術(shù)要高出很多,。
3）雖然該TDMA協(xié)議不需要等待對方的確認信息，TDMA協(xié)議依然有選擇性重傳協(xié)議（ARQ）的設計,，也就是接收方如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失,，發(fā)送方會依據(jù)需要，重新發(fā)送接收方?jīng)]接收到的數(shù)據(jù),，而這些重傳協(xié)議的信息交換是夾雜在雙方發(fā)送的數(shù)據(jù)包內(nèi),，沒有因此而占用很多帶寬。
4）針對遠距傳輸,，該TDMA協(xié)議設計了auto rate control模式,，會依發(fā)送方與接收方間的距離與環(huán)境情況決定出最佳的正交頻分復用（OFDM）調(diào)變方式。經(jīng)實測,，TDMA在真實的數(shù)據(jù)傳輸中,，雖然包含了以上提到的各種通信開銷（Overhead），但是仍然比傳統(tǒng)的802.11要高出最多50%的效能,。
5）傳統(tǒng)802.11協(xié)議在點對點之間進行數(shù)據(jù)傳輸時,，因為基站需要等待對方ACK(確認信息)之后才會傳輸后續(xù)數(shù)據(jù)。當基站與終端距離過遠（約40km）時,，ACK會因為傳輸時間太長而超過基站的等待時間,，基站會判定終端未收到數(shù)據(jù)包而再次發(fā)送重復的數(shù)據(jù),，從而使傳輸質(zhì)量因距離延伸而明顯下降，而TDMA協(xié)議就不存在這個問題,。
6）該TDMA協(xié)議在長距離和非視距情況的應用上,，相比傳統(tǒng)的WiFi有非常明顯的優(yōu)勢。WiFi在非視距的狀況下應用,，當兩點之間存在建筑,、山坡、樹林等各類障礙物時,，會大大影響甚至阻斷數(shù)據(jù)的傳輸,，從而限制了應用場景；而經(jīng)過實測數(shù)據(jù)表明,，TDMA在有效傳輸范圍以內(nèi),，當傳輸環(huán)境為視距（LOS）或者接近視距(Near LOS)時延距離情況下帶寬的質(zhì)量相對保持穩(wěn)定（約40Mbps），當環(huán)境為完全的非視距(None LOS)時,，傳輸速率也遠比傳統(tǒng)WiFi要高出很多,。
三、結(jié)語
電力數(shù)據(jù)傳輸采用無線OFDM調(diào)制和TDMA時分接入的方式,，有效解決了輸變電傳感器類監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線接入和監(jiān)控圖像視頻的實時傳輸問題,。在無線接入網(wǎng)的支撐下，借助手持式便攜式智能終端,，可實現(xiàn)現(xiàn)場傳送文件,、調(diào)閱資料、即時通信,、遠程監(jiān)控等智能化的監(jiān)測,、巡檢方式，因此該通信方式具有較高的實用性和推廣價值,。
|
