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微波通信技术论文范文1
论文摘要：随着油田的开发，偏远油区的数据监控、视频监控在油田的安全生产、管理中发挥着重要作用，而无线通讯技术的应用已逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。本文对目前广泛应用的几种无线通讯技术的进行简单介绍，分析偏远油区的地理环境及生产环境对无线通讯技术应用的影响。并对应用无线网桥技术进行的平台视频监控项目中的成功应用做简单介绍。
1引言
在油田偏远油区生产过程中，对相关生产参数及油井视频进行远程监控对偏远油井的安全生产起着至关重要的作用。但由于偏远油区装置远离油田总部，应用有线的通讯方式，施工困难且周期长、灵活性差。而无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便，因此特别适合偏远油区对通信链路的要求。
2常用的无线通讯技术
目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。
其中GPRS和CDMA技术中国移动和中国联通公司的主营数据传输业务，在数据传输方面有着很强的优势，即信号覆盖范围广。对于陆上油田生产区域基本完全覆盖。但由于海上油田地理位置特殊，远离陆地的基站，因此很多海上生产平台还无法为GPRS/CDMA信号完全覆盖。此外经过测试，GPRS的平均速率为20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率为80kbit/s～100kbit/s，可以满足传输小数据量的生产数据要求，但无法满足大数据量的信号（例如视频信号）远程无线传输。虽然有利用CDMA技术进行视频信号传输的案例，但效果并不理想。
数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接，实现透明传输。数传电台的传输速率从1200～19.2Kbit，传输距离20～50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟，标准统一，一直以来广泛用于油田的数据遥测/数据采集与监控(SCADA)项目中。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟，相应的设备价格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。结合数传电台误码率低、信道可靠的特点，数传电台必将成为海上油田通信技术应用的可靠选择。
扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
例如，对于远离陆地且无法进行中继的海上平台，通讯链路只能通过卫星通信和短波通讯。其中卫星通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信。不易受陆地灾害影响，建设速度快，易于实现广播和多址通信等等优点。但其运行费用相对昂贵，且系统维护要求高。短波通讯以往只在军事通信、专业通信、业余通信中发挥着极为重要的作用，因其传输速率低、噪声大，电离层反射天波为主，通常不能稳定的使用固定频率工作等缺点，因此在其他领域已慢慢淡出人们的视线。尽管短波通信存在一些缺陷，但对于海上油田而言，短波通讯作为可靠性高、覆盖区域广的通信方式，用于海上平台的紧急通信及小数据量传输应该是一个比较好的选择。
3环境因素对技术应用的影响
偏远油区的环境因素以以海上油田最为特殊。海上油田除了考虑信道带宽，传输数率，传输距离，发射功率，天线要求等通信设备本身的技术参数外，在应用无线通讯技术的过程中，还必须全面地考虑海上平特的地理环境与地理条件对无线通信技术应用的影响。
3.1对信号传输的影响
可以通过选取性能好的设备或应用抗干扰措施以减少甚至避免干扰。但无线通信过程中的信号衰落问题则是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田远离陆地，与陆地之间的广阔的海域、多变的气候使得在陆上应用效果很好的技术在海上应用时没有了用武之地。
微波在空间传播中将受到大气效应和地面效应的影响，导致接受机接受的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为衰落。从衰落的物理因素来看，可以分成以下几类：吸收衰落、雨雾衰落、K型衰落、波导型衰落、闪烁衰落等等。在各种衰落因素中，吸收衰落、雨雾衰落及K型衰落对海上油田的无线通信应用影响较大。
3.2对技术应用的影响
各项通信技术在海上油田应用中还存在的另外一个问题就是其独特的现场环境。海上平台一般空间狭小，还要考虑海上多风，平台最高点一般较低的特点。
首先是对天线安装的限制。海上微波通信受地形地貌影响，相同的通信距离要求两端天线的高度更高。对于卫星通信、扩频微波、短波通信等天线体积较大的应用，由于海上风力较大，抗风性的要求也使得设备在小平台的安装变得十分困难。
此外，对于无人值守的平台，设备必须具有高可靠性、可自动维护、参数远程设置等功能。而对于卫星通信、短波通信等要求平台上配备专业管理操作人员进行设备的管理维护，这一特点也为技术的应用带来一定的限制。
4无线网桥技术在海上平台视频监控中的应用
在实际的现场应用中，我们选取了基于5.8G无线网桥设备进行了现场应用测试。测试地点为浅海油井，测试内容为4路视频监控图像的传输。该系统具体解决方案是利用摩托罗拉Canopy5.8G无线网桥建立通信链路。在平台一侧首先通过视频服务器将模拟视频信号转化为可在网络传输的IP数据流，之后由无线网桥将信号传输到陆地端。陆地端一侧通过无线网桥进行接收后由视频监控服务器处理后，对视频信号进行录像存储及Web。相关用户可依据相应权限在局域网内进行视频图像的浏览、录像等操作。
系统通讯链路建立后，可远端对设备参数进行设置，设备维护方便。监控视频图像清晰、连贯，满足监控要求。从系统的链路冗余可以看出本次测试的应用距离已接近5.8G无线网桥技术在海上应用的最远距离。从系统的稳定性出发，在更远一些的类似应用中应谨慎选择这项技术。
微波通信技术论文范文2
［论文摘要］随着现代科学技术的飞速发展，构建完善坚强可靠的电力通信网，显得越来越重要。文章结合电力通信的特点和需求及无线新技术的特性，分析无线通信技术在电网通信中的应用前景。
一、概述
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。
三、无线技术优劣分析
（一）WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。
（三）WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3G技术分析
3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
（五）LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。
（六）MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。中国-七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。
数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。
（八）点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。
微波通信技术论文范文3
论文摘要:光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及应用。
1.光纤通信技术
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。
光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。
2.光纤通信技术的特点
(1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。
(2)损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。
(3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。
(4)无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信道也不会出现串音干扰,同时在光缆外面,也无法窃听到光纤中传输的信息。
除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。
3.光纤通信技术在有线电视网络中的应用
20世纪90年代以来,我国光通信产业发展极其迅速,特别是广播电视网、电力通信网、电信干线传输网等的急速扩展,促使光纤光缆用量剧增。广电综合信息网规模的扩大和系统复杂程度的增加,全网的管理和维护,设备的故障判定和排除就变得越来越困难。可以采用SDH+光纤或ATM+光纤组成宽带数字传输系统。该传输网可以采用带有保护功能的环网传输系统,链路传输系统或者组成各种形式的复合网络,可以满足各种综合信息传输。对于电视节目的广播,采用的宽带传输系统可以将主站到地方站的所需数字,通道设置成广播方式,同样的电视节目在各地都可以下载,也可以通过网络管理平台控制不同的站下载不同的电视节目。
有线电视网络在全国各地已基本形成,在有线电视网络现有的基础上,比较容易地实现宽带多媒体传输网络,因此在目前的情况下,不应完全废除现有的有线电视网,而用少量的投资来完善和改造它,满足人们的目前需要。很多地区的CATV已经是光纤传输,到用户端也是同轴电缆进入千万家。但是现在建设的CATV大多是单向传输,上行信号不能在现有的有线电视网中传送。可以通过电信网PSTN中语音通道或数据通道形成上行信号的传送,也可以通过语音接入系统来完成。将电话接到各用户,这样各用户间即可以打电话,也可以利用广电自己的综合信息网中的宽带传输系统构成广电网中自己的上行信号的传送,组成了双向应用的Internet网。
现在光通信网络的容量虽然已经很大,但还有许多应用能力在闲置,今后随着社会经济的不断发展,作为经济发展先导的信息需求也必然不断增长,一定会超过现有网络能力,推动通信网络的继续发展。因此,光纤通信技术在应用需求的推动下,一定不断会有新的发展。
参考文献:
[1]王磊,裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息,2006,(4)
[2]何淑贞,王晓梅.光通信技术的新飞跃[J].网络电信,2004,(2)
微波通信技术论文范文4
摘要：介绍了光纤通信技术在华北油田电网的推广应用，讲述了项目的系统组成和规模、传输设备的功能特点、项目成效和应用价值等。
关键词：电力通信；ADSS光缆；SDH传输系统
电力通信是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的，它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。因此，要求电力通信应具有很高的可靠性。目前，光纤通信在电力载波通信、微波通信、一点多址等诸多通信方式中日显优势，已成为电力通信网的主要传输方式。它是以光波为载体，以光导纤维为传输媒质，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。它具有传输的信息量大、距离远、频带宽、质量高、抗干扰及辐射性强等许多优点，是集语音、图像、数据通信为一体的综合传输系统。
随着华北油田变电站无人值守项目的实行，电网专业化管理的进一步深化，电力通信专网在整个油田电网运行管理中的地位越来越重要，积极采用新技术和新设备组建电力通信专网已是十分紧迫的任务。在此背景下，自2007年以来，华北油田进行了电力通信专网的统一规划和建设，建成了以光纤通信为主，微波和电力载波为辅的通信系统。
1系统组成、规模及维护
1.1系统组成
（1）全介质自承光缆——ADSS（AllDielectricSelfSupporting）。ADSS光缆在输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。它能满足输电线跨度大、垂度大的要求。其特点是：①张力理论值为零；②为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失；③其伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性；④耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；⑤ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小。
（2）SDH传输系统。本项目SDH传输系统具有灵活的设备配置：STM-16／4兼容设备，支持网络设备从622M到2.5G的在线升级，具备高低阶20G全交叉能力。具有强大的组网能力支持Mesh组网，网络节点即插即用。支持SDH业务、PDH业务、以太网等多业务接口，单子架可实现1×STM-16四纤环或2×STM-16二纤环，可支持Mesh网络中多达40个光方向的组网；具有完善的网络生存机制和完备的设备保护机制。
（3）同步时钟系统。同步时钟源包括：线路时钟源、支路信号时钟源、2个外同步时钟源。每个站点可以从两个方向提取时钟，对这两个方向时钟设置优先级，当高优先级的时钟质量低于要求时，自动跟随另一个低优先级的时钟，以此对同步时钟建立起时钟保护自愈环。21写作秘书网
（4）网管系统。本项目网络管理系统实现了对整个传输和接入设备的统一管理。网管放在电力调度中心，提供网络拓扑、配置、安全、系统维护等管理功能，支持软件在线升级。
（5）PCM接入系统。PCM接入系统具有集中网络管理能力，与SDH传输系统统一网管，具有大容量的交叉连接矩阵，是一种SDH设备延伸的业务接入。其接口丰富，极大丰富了业务的灵活接入，扩充了传输业务的特殊要求。
1.2系统规模
华北油田现拥有变电站43余座，依据油田电网各变电站分布情况，以电调中心和四个集控中心为支点建立主干光纤环网通信网络，再经光缆向35kV变电站辐射，35kV变电站之间串联运行，力争实现双光纤环路，为集控化的智能电网建设提供通信保障。1.3系统维护
SDH系统的维护主要是对光线路和设备的维护，具体如下：
（1）光缆线路情况：包括光缆的长度、芯数、接头、跳纤及光纤的衰耗值、备纤等各方面情况。
（2）设备情况：主要包括设备的型号、配置情况、机盘功能、接口情况、面板上各种告警灯和指示灯的显示情况及组网情况；光端机的各种测试指标；设备供电电源情况；ODF架、DDF架、VDF架及网管系统的应用情况。
（3）仪表、工具情况：SDH光传输系统常用仪表有：光功率计、误码仪等。要熟练掌握这些仪表的功能及使用方法。
2项目成效
华北油田电网光纤通信规划建设为无人值守变电站的现代化自动化管理和运营提供了先进的通信手段，为油田电网的管理和运行提供了充足可靠的综合业务接口及传输通道。具体来讲：
（1）满足了各站点调度电话对电路的需求。中心调度、各集控站调度、无人值守变电站之间的电力调度专用电话传输有了稳定可靠的通信电路来作为保障。
（2）满足了电力自动化系统对电路的需求。电网生产实时数据等电力自动化信息对通信系统的要求越来越高，本通信系统为其提供了标准和足够的数据接入接口，并保证了自动化数据信号的实时和无误传输。
（3）满足了监控系统对电路的需求。今后油田各个变电站将逐步向无人职守的方向发展，广泛采用变电站远程图像监控技术是变电站自动化建设的发展趋势，本通信系统为其预留了高速视频监控通道。
（4）满足了远程抄表系统对电路的需求。油田的电量远程抄表系统在不断建设和发展，本通信系统为其提供了相应的专用数据接口和通道。
微波通信技术论文范文5
关键词：配网自动化；通信系统；GPRS；通信规约
中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: Effective communication is the key issues in monitoring data distribution automation system. In the construction of distribution automation system, communication protocol and mode is a very important part, which is the foundation of high speed, real-time and reliability of data and order transmission. General hierarchical design of the system based on GPRS and Internet was introduced in this paper. The protocol of communication and the related software was introduced.
Key words: Distribution Automation System; Communication system; GPRS; Communication Protocol
近年来特，别是全国大规模进行城乡电网改造以来，城市配电网自动化方面的工作取得了比较大的进展。但是由于城市配电网建设依靠用户投资，在负荷增长后没有增容和改造的资金来源，使得城市配电网发展严重滞后于电网负荷的发展。城市配电网网架结构不合理以及配电网设备的老化已经成为危及配电网安全稳定运行的主要因素[1]。要在不改变配电网网架结构及生产管理模式的前提下，加强对配电网运行的监视和控制，使其能够加快对配电网事故的反映速度，快速地切除故障及恢复对非故障区域的供电。城市配电网自动化系统需要有效的通信手段，以便在主站与大量远方终端之间传递信息和控制信号，虽然有多种通信技术和装备可以使用，但配电网结构复杂，不同规模的城市也有不同特点[2-4]。因此，本论文提出一种适合中等城市的配电网自动化数据通信手段，建立配电网自动化系统，实现对配电网运行情况的有效监视和控制，实现配电网系统故障快速定位、迅速隔离和快速恢复，提高供电可靠性， 实现与供电公司其他系统的资源共享，提供优化决策平台、提高管理水平。
1．分层式城市配网自动化系统
配电网自动化是一项集计算机技术、通信技术、控制技术和现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高配电网的供电可靠性，改进电能质量向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。配电网自动化系统的内容包括配电网数据采集和监控、配电网地理信息系统和需方管理等几个部分。
本文采用分层分布式方式规划配电网自动化系统，即：配电主站层、配电终端层，如果有开闭所供电，可以在主站和终端之间设置配电子站用于数据转发。采用这种分层结构，有效减轻了配电主站的负荷，提高了系统效率，从而可以合理构筑系统的通讯拓扑结构，节省通讯资源并提高利用率。图1为本系统的层次示意图。
图1 系统层次示意图
FTU 的主要功能由两个模块实现：通信模块、嵌入式模块。嵌入式模块是整个 FTU 的大脑，所有的数据采集，控制功能均由其调度。通信模块的功能主要是负责与终端 FTU 之间的信息传递及数据保存。具体来说，就是能够向终端请求“四遥数据”，并且接收终端上传的数据及进行处理
通信网络实现配电网自动化系统中终端层和主站层之间信息传输功能，其稳定性、可靠性与实时性对整个配电网自动化系统的功能有非常关键的影响。
2．配电网自动化系统的通信方式
2.1 系统通信方式的选择
通信系统的建设是配电网自动化系统的关键之一。配电网自动化系统需要借助有效的通信手段，将控制中心的命令准确地传送到为数众多的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。目前常用的几种通信方式有[5]：
①光纤通信。光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的先进的通信手段。光纤通信具有组网结构简单、通信容量大、数据传输速率高、可靠性高、衰减小、不受外界电磁场干扰、保密性好、使用寿命长等特点。
②电话线通信。单从技术角度看，利用电话线通信是很适合于配电网自动化系统的，利用电话线通信可以达到较高的波特率，而且容易实现双向通信。但是电话线专线的租用费用往往较高，并且电力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行。这些缺点降低了在配电网自动化中使用电话线通信的积极性。
③专用有线(双绞线)通信。专用有线通信有 RS-232、RS-485、CANBUS 等方式，其传输可靠性高、速率适中，适用于短距离传输。
④配电线载波。通过电力系统载波设备将载波频率信号附加在现有的配电线上，构成的通信系统称为配电线载波通信系统。此方式传输速率低且配电线路分支太多造成的损耗过大等问题尚无良好的技术手段，仅用于通信质量要求不高或实时性要求不强的场合。
⑤无线电通信。无线电通信方式有微波通信、扩频电台通信、数传电台通信、商用电台通信等。无线通信的优点主要在于施工费用较低，缺点是在高层建筑较多的城市中信号传输易受阻挡。
⑥无线通信。无线通信分大致为以下三种方式：基于全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications, GSM）的短消息（Short Message Service, SMS）方式、通用分组无线业务(General Packet Radio Service, GPRS)方式以及无线双向数据通信商用专网方式。其中GPRS 特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也可用于偶尔的大数据量传输。
在配电网自动化工程中，选用的通信方式是否经济实用是决定配网自动化成败的关键。在上述几种通信方式中，多数都是基于自建专用通信系统的方式，均存在工程投资大、维护工作量大等问题。城市配电网自动化信息量并不大，测量点多，如果搭建专用通信网络平台来传送，投资将是巨大的，而且维护工作量大，这将严重影响配电网自动化系统工程的投资效益和经济指标[6-7]，制约配电网自动化的发展。
本文结合配电网自动化系统的通信需求与特定，采用基于GPRS网络和Internet网络的通信方式构筑通信平台，具有投资少、维护简单、可靠性高、安装简便、速率较高、覆盖广等优点。
2.2 系统的组网方式
本系统采用了GPRS网络和Internet网络结合的组网方式。
监控中心与远端监控装置FTU上GPRS模块之间的数据传输有两种方式。一种是监控中心通过移动公司专线有线方式或是GPRS Modem无线方式接入 GPRS 网络，实现监控中心与远端监控装置FTU之间的GPRS网内数据传输；另一种是由监控中心通过固定IP或者动态IP的方式接入Internet网络，由于中国移动GPRS网络通过CMNet网关与Internet网络互连，这样远端监控装置FTU上GPRS模块也可以接入Internet网络，实现双方之间的数据通信。
本系统采用的是监控中心以固定IP地址接入Internet网的方式，每次通信的建立是远程GPRS数据终端接入基站，连至GPRS网络，由GGSN网关汇集，经过移动公司内部防火墙、路由器和Internet网向固定的IP地址发起连接，也就是说远程GPRS数据终端每次按固定IP地址登陆监控中心与之建立通信，实现数据的传输，系统的组网方案如图2所示。
图2 系统组网方式
GPRS网络与互联网络是互相连接的，FTU终端与监控中心的数据传输是一种透明传输，数据传输之间的底层协议被屏蔽了。一旦数据终端与监控中心连接上，就持续在线，采用的是GPRS网络与互联网的一种虚拟连接的技术。
3．系统通信规约及软件功能设计
3.1 系统通信规约
配电网自动化系统中，为了正确地传送和接收信息，必须有一套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定，这一套约定称为规约或协议。配电网自动化系统的通信协议对实现配电网自动化系统的功能起着非常重要的作用，以不同的方式搭建的配电网自动化系统需要选择适合的通信协议，以备整个系统通信数据的正常传输，要考虑信道通信容量、速率、传输的数据大小、数据冲突、数据级别等。
由于本通信系统中的数据传输是一种透明传输，故本文制定了一套应用层通信规约，其特点如下：
1) 在一般情况下，子站有问必答，当子站收到主站查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则认为本次通信失败；
2) 在特殊情况下，如发生故障时，则由子站收集故障数据后主动上传给主站，故障数据优先级别最高。这样就能够保证重要数据的安全及时地上传，使得主站系统能够最快地检测出故障区域，启动相应的预案尽快恢复供电。
该规约定义了基本的四遥传输功能：遥信、遥测、遥控、遥调。所涉及的数据包括电气数据、电度数据、状态数据、故障数据、遥控数据、遥控命令等。
由主站向子站主动请求的服务有：
1) 主站向子站循环请求电气数据；
2) 主站向子站发送控制命令，如合闸、跳闸；
3) 主站向子站发送遥测命令。
由子站向主站传输的服务有：
1) 连接请求数据包，表示向主站请求新的连接；
2) 故障数据，当故障发生时，主动向主站发送的反应故障情况的及时数据。
本规约中不同的数据其确认帧不同，采用这种措施，既是不同的数据延时，也可以通过不同的确认帧来确保主站与子站之间数据传输通信同步，保证重要的数据不丢失，能够满足配电网自动化系统的可靠性的要求。
3.2 通信程序的软件结构及功能
软件系统体系结构主要是描述系统操作系统、数据库、应用软件之间相互关系。按照系统层次描述，可将体系结构分为四个层次：平台层、数据层、中间层、应用层。每个层次内部都是由一组完成一定功能的软件模块构成，各个层次之间通过相互支撑，完成配电网自动化系统功能，如图3所示。
图3 配的主站层软件结构
本系统将配网自动化的数据采集与监控系统功能与故障处理功能集合在一起，通过监控管理模块、通信模块、故障定位模块三个模块的相互配合实现。三个模块之间是相互联系，协同工作的。监控管理模块中线路开关的状态数据通过通信模块采集，并且对终端的控制命令也通过通信模块实现，而监控模块中的故障报警功能则依赖与故障定位模块。故障定位模块又依赖于通信模块采集的数据。三者之间通过数据库联系，如图4所示。
图4 软件模块之间的联系
通讯程序的编写采用的是Win32 API接口函数开发多线程应用程序。由于本应用程序中的线程仅用与处理各个FTU终端上传到主站中心的数据，不存在跨进程之间的使用，本文使用临界区方法，带来速度上的优势并能够减少资源占用量。通信程序的设计是在MFC基础上进行的，流程如下：
首先，创建一个 CListenSocket 类对象。
m_listensocket = new CListenSocket(this);
然后，使用 Create 函数创建一个 Socket，并且绑定 IP 及端口号。
m_listensocket->Create(m_port,SOCK_STREAM,ip);
这样就可以开始监听了。
m_listensocket->Listen(32);
通信模型如图5所示。
图5 通信模型
当需要给客户端请求或回应数据时，由主线程启动写线程进行向客户端发送数据的操作，当客户端有数据发送时，主线程通过消息机制重载函数启动读线程。通信程序的主流程图如图6所示。
图6 通讯程序流程图
4、结 论
本文根据配电网自动化系统的特点及其对通信的要求，分析比较了当前的各种通信技术，考虑到GPRS这种数据传输方式的可行性，经济性等方面的优势，采用GPRS的通信方式搭建了整个系统的通信网络，提出GPRS网络与Internet网络结合的组网方式，采用配电主站通过固定IP接入Internet网络，达到双网共同承担数据传输的任务，设计了系统的通信规约，满足了该配电网自动化系统的通信要求。
参考文献：
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[2] 上华, 刘保玉, 王焕文等. GPRS网络在配电自动化中的应用[J]. 继电器, 2005,33(8): 56~57
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[5] 何毅思，，王海燕，刘刚.从国内外建设经验探讨广州配网自动化建设模式.第六届输配电技术国际会议论文集，中国电力出版社，2007，913-919
