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微波通信技術論文范文1
論文摘要：隨著油田的開發，偏遠油區的數據監控、視頻監控在油田的安全生產、管理中發揮著重要作用，而無線通訊技術的應用已逐漸成為各種監控系統的主要鏈路方式。本文對目前廣泛應用的幾種無線通訊技術的進行簡單介紹，分析偏遠油區的地理環境及生產環境對無線通訊技術應用的影響。并對應用無線網橋技術進行的平臺視頻監控項目中的成功應用做簡單介紹。
1引言
在油田偏遠油區生產過程中，對相關生產參數及油井視頻進行遠程監控對偏遠油井的安全生產起著至關重要的作用。但由于偏遠油區裝置遠離油田總部，應用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據現場需求及時調整項目方案，靈活性好，系統的功能擴展方便，因此特別適合偏遠油區對通信鏈路的要求。
2常用的無線通訊技術
目前在油田現場廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數傳電臺、擴頻微波、無線網橋及衛星通信、短波通信技術等。
其中GPRS和CDMA技術中國移動和中國聯通公司的主營數據傳輸業務，在數據傳輸方面有著很強的優勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產區域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠離陸地的基站，因此很多海上生產平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數據量的生產數據要求，但無法滿足大數據量的信號（例如視頻信號）遠程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術進行視頻信號傳輸的案例，但效果并不理想。
數字電臺用于點對點或點對多點的工作環境，能夠提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU、PLC等數據終端連接，實現透明傳輸。數傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數傳電臺技術比較成熟，標準統一，一直以來廣泛用于油田的數據遙測/數據采集與監控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟，相應的設備價格的降低，使得在很多應用場合中數傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數傳電臺的相關技術也在不斷發展，智能化、網絡化、高帶寬的數傳電臺也不斷涌現。結合數傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點，數傳電臺必將成為海上油田通信技術應用的可靠選擇。
擴頻微波和無線網橋技術是近幾年興起的一門數據傳輸技術。擴頻微波最大優點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯網應用。而無線網橋是無線射頻技術和傳統的有線網橋技術相結合的產物。無線網橋是為使用無線（微波）進行遠距離數據傳輸的點對點網間互聯而設計。它是一種在鏈路層實現LAN互聯的存儲轉發設備，可用于固定數字設備與其他固定數字設備之間的遠距離（可達50km）、高速（可達百Mbps）無線組網。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監控等大數據量信號傳輸業務。
例如，對于遠離陸地且無法進行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛星通信和短波通訊。其中衛星通信范圍大，只要衛星發射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信。不易受陸地災害影響，建設速度快，易于實現廣播和多址通信等等優點。但其運行費用相對昂貴，且系統維護要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業通信、業余通信中發揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩定的使用固定頻率工作等缺點，因此在其他領域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數據量傳輸應該是一個比較好的選擇。
3環境因素對技術應用的影響
偏遠油區的環境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數率，傳輸距離，發射功率，天線要求等通信設備本身的技術參數外，在應用無線通訊技術的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環境與地理條件對無線通信技術應用的影響。
3.1對信號傳輸的影響
可以通過選取性能好的設備或應用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應用效果很好的技術在海上應用時沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應和地面效應的影響，導致接受機接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應用影響較大。
3.2對技術應用的影響
各項通信技術在海上油田應用中還存在的另外一個問題就是其獨特的現場環境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風，平臺最高點一般較低的特點。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛星通信、擴頻微波、短波通信等天線體積較大的應用，由于海上風力較大，抗風性的要求也使得設備在小平臺的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺，設備必須具有高可靠性、可自動維護、參數遠程設置等功能。而對于衛星通信、短波通信等要求平臺上配備專業管理操作人員進行設備的管理維護，這一特點也為技術的應用帶來一定的限制。
4無線網橋技術在海上平臺視頻監控中的應用
在實際的現場應用中，我們選取了基于5.8G無線網橋設備進行了現場應用測試。測試地點為淺海油井，測試內容為4路視頻監控圖像的傳輸。該系統具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網橋建立通信鏈路。在平臺一側首先通過視頻服務器將模擬視頻信號轉化為可在網絡傳輸的IP數據流，之后由無線網橋將信號傳輸到陸地端。陸地端一側通過無線網橋進行接收后由視頻監控服務器處理后，對視頻信號進行錄像存儲及Web。相關用戶可依據相應權限在局域網內進行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統通訊鏈路建立后，可遠端對設備參數進行設置，設備維護方便。監控視頻圖像清晰、連貫，滿足監控要求。從系統的鏈路冗余可以看出本次測試的應用距離已接近5.8G無線網橋技術在海上應用的最遠距離。從系統的穩定性出發，在更遠一些的類似應用中應謹慎選擇這項技術。
微波通信技術論文范文2
［論文摘要］隨著現代科學技術的飛速發展，構建完善堅強可靠的電力通信網，顯得越來越重要。文章結合電力通信的特點和需求及無線新技術的特性，分析無線通信技術在電網通信中的應用前景。
一、概述
電力通信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。我國的電力通信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。鑒于采用無線通信網不依賴于電網網架，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。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應用特點和優缺點，并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，即基于IEEE802.15的無線個域網（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網（WMAN）及基于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。而目前基于該技術的無線通信技術主要有：B3G、WiMAX、WiFi、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：InfraredDataAssociation，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：RadioFrequencyIdentification，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并獲取相關數據。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。
（4）UWB：UltraWideband，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。該技術適用于無線局域網，作為有線網絡的延伸，對于特殊地點寬帶應用，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。由于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，但由于最近才完成標準化，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由于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，并提供優良的最后一公里網絡接入服務。
（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，并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于1996年提出標準，2000年完成包括上層協議在內的完整標準的制訂工作。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公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。
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并將射頻信號還原為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。由于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沒有統一的國際標準，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；由于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。由于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，對于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的平臺之上，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臺，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，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準，只是沒有統一的國際標準，其余的技術均已經完成標準化工作，并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技術屬于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、集群通信屬于城域網接入技術，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛星通信、點對點微波則屬于廣域網技術，通常用于通信主干組網建設。
從傳輸速率上看，點對點微波和衛星通信屬于干線傳輸技術，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WiFi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。
從天線技術上看，僅僅3G和WiMax技術采用了MIMO技術，而其他技術均未采用MIMO技術；從傳輸環境上看，僅僅WiMax技術和3G技術支持非視距傳輸，其余技術均要求視距傳輸環境；從網絡安全和QoS機制上看，WiMax技術和3G技術在這方面做得比較優秀、完善，其余的均存在較大的問題。
微波通信技術論文范文3
論文摘要:光纖通信不僅可以應用在通信的主干線路中,還可以應用在電力通信控制系統中,進行工業監測、控制,而且在軍事領域的用途也越來越為廣泛。本文探討了光纖通信技術的主要特征及應用。
1.光纖通信技術
光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。在光纖通信系統中,作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多,而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或導波管的損耗低得多,所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構造的,它是電氣絕緣體,因而不需要擔心接地回路,光纖之間的串繞非常小;光波在光纖中傳輸,不會因為光信號泄漏而擔心傳輸的信息被人竊聽;光纖的芯很細,由多芯組成光纜的直徑也很小,所以用光纜作為傳輸信道,使傳輸系統所占空間小,解決了地下管道擁擠的問題。
光纖通信在技術功能構成上主要分為:(1)信號的發射;(2)信號的合波;(3)信號的傳輸和放大;(4)信號的分離;(5)信號的接收。
2.光纖通信技術的特點
(1)頻帶極寬,通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,光纖通信系統的于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。對于單波長光纖通信系統,由于終端設備的電子瓶頸效應而不能發揮光纖帶寬大的優勢。通常采用各種復雜技術來增加傳輸的容量,特別是現在的密集波分復用技術極大地增加了光纖的傳輸容量。目前,單波長光纖通信系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps。
(2)損耗低,中繼距離長。目前,商品石英光纖損耗可低于0~20dB/km,這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低;若將來采用非石英系統極低損耗光纖,其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離;對于一個長途傳輸線路,由于中繼站數目的減少,系統成本和復雜性可大大降低。
(3)抗電磁干擾能力強。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料,不易被腐蝕,而且絕緣性好。與之相聯系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力,它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜。這一點對于強電領域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統特別有利。由于能免除電磁脈沖效應,光纖傳輸系還特別適合于軍事應用。
(4)無串音干擾,保密性好。在電波傳輸的過程中,電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串擾,而容易被竊聽,保密性差。光波在光纖中傳輸,因為光信號被完善地限制在光波導結構中,而任何泄漏的射線都被環繞光纖的不透明包皮所吸收,即使在轉彎處,漏出的光波也十分微弱,即使光纜內光纖總數很多,相鄰信道也不會出現串音干擾,同時在光纜外面,也無法竊聽到光纖中傳輸的信息。
除以上特點之外,還有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設;光纖的原材料資源豐富,成本低;溫度穩定性好、壽命長。由于光纖通信具有以上的獨特優點,其不僅可以應用在通信的主干線路中,還可以應用在電力通信控制系統中,進行工業監測、控制,而且在軍事領域的用途也越來越為廣泛。
3.光纖通信技術在有線電視網絡中的應用
20世紀90年代以來,我國光通信產業發展極其迅速,特別是廣播電視網、電力通信網、電信干線傳輸網等的急速擴展,促使光纖光纜用量劇增。廣電綜合信息網規模的擴大和系統復雜程度的增加,全網的管理和維護,設備的故障判定和排除就變得越來越困難。可以采用SDH+光纖或ATM+光纖組成寬帶數字傳輸系統。該傳輸網可以采用帶有保護功能的環網傳輸系統,鏈路傳輸系統或者組成各種形式的復合網絡,可以滿足各種綜合信息傳輸。對于電視節目的廣播,采用的寬帶傳輸系統可以將主站到地方站的所需數字,通道設置成廣播方式,同樣的電視節目在各地都可以下載,也可以通過網絡管理平臺控制不同的站下載不同的電視節目。
有線電視網絡在全國各地已基本形成,在有線電視網絡現有的基礎上,比較容易地實現寬帶多媒體傳輸網絡,因此在目前的情況下,不應完全廢除現有的有線電視網,而用少量的投資來完善和改造它,滿足人們的目前需要。很多地區的CATV已經是光纖傳輸,到用戶端也是同軸電纜進入千萬家。但是現在建設的CATV大多是單向傳輸,上行信號不能在現有的有線電視網中傳送?？梢酝ㄟ^電信網PSTN中語音通道或數據通道形成上行信號的傳送,也可以通過語音接入系統來完成。將電話接到各用戶,這樣各用戶間即可以打電話,也可以利用廣電自己的綜合信息網中的寬帶傳輸系統構成廣電網中自己的上行信號的傳送,組成了雙向應用的Internet網。
現在光通信網絡的容量雖然已經很大,但還有許多應用能力在閑置,今后隨著社會經濟的不斷發展,作為經濟發展先導的信息需求也必然不斷增長,一定會超過現有網絡能力,推動通信網絡的繼續發展。因此,光纖通信技術在應用需求的推動下,一定不斷會有新的發展。
參考文獻:
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微波通信技術論文范文4
摘要：介紹了光纖通信技術在華北油田電網的推廣應用，講述了項目的系統組成和規模、傳輸設備的功能特點、項目成效和應用價值等。
關鍵詞：電力通信；ADSS光纜；SDH傳輸系統
電力通信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。因此，要求電力通信應具有很高的可靠性。目前，光纖通信在電力載波通信、微波通信、一點多址等諸多通信方式中日顯優勢，已成為電力通信網的主要傳輸方式。它是以光波為載體，以光導纖維為傳輸媒質，將信號從一處傳輸到另一處的一種通信手段。它具有傳輸的信息量大、距離遠、頻帶寬、質量高、抗干擾及輻射性強等許多優點，是集語音、圖像、數據通信為一體的綜合傳輸系統。
隨著華北油田變電站無人值守項目的實行，電網專業化管理的進一步深化，電力通信專網在整個油田電網運行管理中的地位越來越重要，積極采用新技術和新設備組建電力通信專網已是十分緊迫的任務。在此背景下，自2007年以來，華北油田進行了電力通信專網的統一規劃和建設，建成了以光纖通信為主，微波和電力載波為輔的通信系統。
1系統組成、規模及維護
1.1系統組成
（1）全介質自承光纜——ADSS（AllDielectricSelfSupporting）。ADSS光纜在輸電線路上廣泛使用，特別是在已建線路上使用較多。它能滿足輸電線跨度大、垂度大的要求。其特點是：①張力理論值為零；②為全絕緣結構，安裝及線路維護時可帶電作業，這樣可大大減少停電損失；③其伸縮率在溫差很大的范圍內可保持不變，而且其在極限溫度下，具有穩定的光學特性；④耐電蝕ADSS光纜可減少高壓感應電場對光纜的電腐蝕；⑤ADSS光纜直徑小、質量輕，可以減少冰和風對光纜的影響，其對桿塔強度的影響也很小。
（2）SDH傳輸系統。本項目SDH傳輸系統具有靈活的設備配置：STM-16／4兼容設備，支持網絡設備從622M到2.5G的在線升級，具備高低階20G全交叉能力。具有強大的組網能力支持Mesh組網，網絡節點即插即用。支持SDH業務、PDH業務、以太網等多業務接口，單子架可實現1×STM-16四纖環或2×STM-16二纖環，可支持Mesh網絡中多達40個光方向的組網；具有完善的網絡生存機制和完備的設備保護機制。
（3）同步時鐘系統。同步時鐘源包括：線路時鐘源、支路信號時鐘源、2個外同步時鐘源。每個站點可以從兩個方向提取時鐘，對這兩個方向時鐘設置優先級，當高優先級的時鐘質量低于要求時，自動跟隨另一個低優先級的時鐘，以此對同步時鐘建立起時鐘保護自愈環。21寫作秘書網
（4）網管系統。本項目網絡管理系統實現了對整個傳輸和接入設備的統一管理。網管放在電力調度中心，提供網絡拓撲、配置、安全、系統維護等管理功能，支持軟件在線升級。
（5）PCM接入系統。PCM接入系統具有集中網絡管理能力，與SDH傳輸系統統一網管，具有大容量的交叉連接矩陣，是一種SDH設備延伸的業務接入。其接口豐富，極大豐富了業務的靈活接入，擴充了傳輸業務的特殊要求。
1.2系統規模
華北油田現擁有變電站43余座，依據油田電網各變電站分布情況，以電調中心和四個集控中心為支點建立主干光纖環網通信網絡，再經光纜向35kV變電站輻射，35kV變電站之間串聯運行，力爭實現雙光纖環路，為集控化的智能電網建設提供通信保障。1.3系統維護
SDH系統的維護主要是對光線路和設備的維護，具體如下：
（1）光纜線路情況：包括光纜的長度、芯數、接頭、跳纖及光纖的衰耗值、備纖等各方面情況。
（2）設備情況：主要包括設備的型號、配置情況、機盤功能、接口情況、面板上各種告警燈和指示燈的顯示情況及組網情況；光端機的各種測試指標；設備供電電源情況；ODF架、DDF架、VDF架及網管系統的應用情況。
（3）儀表、工具情況：SDH光傳輸系統常用儀表有：光功率計、誤碼儀等。要熟練掌握這些儀表的功能及使用方法。
2項目成效
華北油田電網光纖通信規劃建設為無人值守變電站的現代化自動化管理和運營提供了先進的通信手段，為油田電網的管理和運行提供了充足可靠的綜合業務接口及傳輸通道。具體來講：
（1）滿足了各站點調度電話對電路的需求。中心調度、各集控站調度、無人值守變電站之間的電力調度專用電話傳輸有了穩定可靠的通信電路來作為保障。
（2）滿足了電力自動化系統對電路的需求。電網生產實時數據等電力自動化信息對通信系統的要求越來越高，本通信系統為其提供了標準和足夠的數據接入接口，并保證了自動化數據信號的實時和無誤傳輸。
（3）滿足了監控系統對電路的需求。今后油田各個變電站將逐步向無人職守的方向發展，廣泛采用變電站遠程圖像監控技術是變電站自動化建設的發展趨勢，本通信系統為其預留了高速視頻監控通道。
（4）滿足了遠程抄表系統對電路的需求。油田的電量遠程抄表系統在不斷建設和發展，本通信系統為其提供了相應的專用數據接口和通道。
微波通信技術論文范文5
關鍵詞：配網自動化；通信系統；GPRS；通信規約
中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：
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
近年來特，別是全國大規模進行城鄉電網改造以來，城市配電網自動化方面的工作取得了比較大的進展。但是由于城市配電網建設依靠用戶投資，在負荷增長后沒有增容和改造的資金來源，使得城市配電網發展嚴重滯后于電網負荷的發展。城市配電網網架結構不合理以及配電網設備的老化已經成為危及配電網安全穩定運行的主要因素[1]。要在不改變配電網網架結構及生產管理模式的前提下，加強對配電網運行的監視和控制，使其能夠加快對配電網事故的反映速度，快速地切除故障及恢復對非故障區域的供電。城市配電網自動化系統需要有效的通信手段，以便在主站與大量遠方終端之間傳遞信息和控制信號，雖然有多種通信技術和裝備可以使用，但配電網結構復雜，不同規模的城市也有不同特點[2-4]。因此，本論文提出一種適合中等城市的配電網自動化數據通信手段，建立配電網自動化系統，實現對配電網運行情況的有效監視和控制，實現配電網系統故障快速定位、迅速隔離和快速恢復，提高供電可靠性， 實現與供電公司其他系統的資源共享，提供優化決策平臺、提高管理水平。
1．分層式城市配網自動化系統
配電網自動化是一項集計算機技術、通信技術、控制技術和現代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統，其目的是提高配電網的供電可靠性，改進電能質量向用戶提供優質服務，降低運行費用，減輕運行人員的勞動強度。配電網自動化系統的內容包括配電網數據采集和監控、配電網地理信息系統和需方管理等幾個部分。
本文采用分層分布式方式規劃配電網自動化系統，即：配電主站層、配電終端層，如果有開閉所供電，可以在主站和終端之間設置配電子站用于數據轉發。采用這種分層結構，有效減輕了配電主站的負荷，提高了系統效率，從而可以合理構筑系統的通訊拓撲結構，節省通訊資源并提高利用率。圖1為本系統的層次示意圖。
圖1 系統層次示意圖
FTU 的主要功能由兩個模塊實現：通信模塊、嵌入式模塊。嵌入式模塊是整個 FTU 的大腦，所有的數據采集，控制功能均由其調度。通信模塊的功能主要是負責與終端 FTU 之間的信息傳遞及數據保存。具體來說，就是能夠向終端請求“四遙數據”，并且接收終端上傳的數據及進行處理
通信網絡實現配電網自動化系統中終端層和主站層之間信息傳輸功能，其穩定性、可靠性與實時性對整個配電網自動化系統的功能有非常關鍵的影響。
2．配電網自動化系統的通信方式
2.1 系統通信方式的選擇
通信系統的建設是配電網自動化系統的關鍵之一。配電網自動化系統需要借助有效的通信手段，將控制中心的命令準確地傳送到為數眾多的遠方終端，并且將反映遠方設備運行情況的數據信息收集到控制中心。目前常用的幾種通信方式有[5]：
①光纖通信。光纖通信是以光波作為信息載體，以光導纖維作為傳輸介質的先進的通信手段。光纖通信具有組網結構簡單、通信容量大、數據傳輸速率高、可靠性高、衰減小、不受外界電磁場干擾、保密性好、使用壽命長等特點。
②電話線通信。單從技術角度看，利用電話線通信是很適合于配電網自動化系統的，利用電話線通信可以達到較高的波特率，而且容易實現雙向通信。但是電話線專線的租用費用往往較高，并且電力公司無法完全掌握電話線通信的維護以確保其可靠運行。這些缺點降低了在配電網自動化中使用電話線通信的積極性。
③專用有線(雙絞線)通信。專用有線通信有 RS-232、RS-485、CANBUS 等方式，其傳輸可靠性高、速率適中，適用于短距離傳輸。
④配電線載波。通過電力系統載波設備將載波頻率信號附加在現有的配電線上，構成的通信系統稱為配電線載波通信系統。此方式傳輸速率低且配電線路分支太多造成的損耗過大等問題尚無良好的技術手段，僅用于通信質量要求不高或實時性要求不強的場合。
⑤無線電通信。無線電通信方式有微波通信、擴頻電臺通信、數傳電臺通信、商用電臺通信等。無線通信的優點主要在于施工費用較低，缺點是在高層建筑較多的城市中信號傳輸易受阻擋。
⑥無線通信。無線通信分大致為以下三種方式：基于全球移動通信系統（Global System for Mobile Communications, GSM）的短消息（Short Message Service, SMS）方式、通用分組無線業務(General Packet Radio Service, GPRS)方式以及無線雙向數據通信商用專網方式。其中GPRS 特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也可用于偶爾的大數據量傳輸。
在配電網自動化工程中，選用的通信方式是否經濟實用是決定配網自動化成敗的關鍵。在上述幾種通信方式中，多數都是基于自建專用通信系統的方式，均存在工程投資大、維護工作量大等問題。城市配電網自動化信息量并不大，測量點多，如果搭建專用通信網絡平臺來傳送，投資將是巨大的，而且維護工作量大，這將嚴重影響配電網自動化系統工程的投資效益和經濟指標[6-7]，制約配電網自動化的發展。
本文結合配電網自動化系統的通信需求與特定，采用基于GPRS網絡和Internet網絡的通信方式構筑通信平臺，具有投資少、維護簡單、可靠性高、安裝簡便、速率較高、覆蓋廣等優點。
2.2 系統的組網方式
本系統采用了GPRS網絡和Internet網絡結合的組網方式。
監控中心與遠端監控裝置FTU上GPRS模塊之間的數據傳輸有兩種方式。一種是監控中心通過移動公司專線有線方式或是GPRS Modem無線方式接入 GPRS 網絡，實現監控中心與遠端監控裝置FTU之間的GPRS網內數據傳輸；另一種是由監控中心通過固定IP或者動態IP的方式接入Internet網絡，由于中國移動GPRS網絡通過CMNet網關與Internet網絡互連，這樣遠端監控裝置FTU上GPRS模塊也可以接入Internet網絡，實現雙方之間的數據通信。
本系統采用的是監控中心以固定IP地址接入Internet網的方式，每次通信的建立是遠程GPRS數據終端接入基站，連至GPRS網絡，由GGSN網關匯集，經過移動公司內部防火墻、路由器和Internet網向固定的IP地址發起連接，也就是說遠程GPRS數據終端每次按固定IP地址登陸監控中心與之建立通信，實現數據的傳輸，系統的組網方案如圖2所示。
圖2 系統組網方式
GPRS網絡與互聯網絡是互相連接的，FTU終端與監控中心的數據傳輸是一種透明傳輸，數據傳輸之間的底層協議被屏蔽了。一旦數據終端與監控中心連接上，就持續在線，采用的是GPRS網絡與互聯網的一種虛擬連接的技術。
3．系統通信規約及軟件功能設計
3.1 系統通信規約
配電網自動化系統中，為了正確地傳送和接收信息，必須有一套關于信息傳輸順序、信息格式和信息內容等的約定，這一套約定稱為規約或協議。配電網自動化系統的通信協議對實現配電網自動化系統的功能起著非常重要的作用，以不同的方式搭建的配電網自動化系統需要選擇適合的通信協議，以備整個系統通信數據的正常傳輸，要考慮信道通信容量、速率、傳輸的數據大小、數據沖突、數據級別等。
由于本通信系統中的數據傳輸是一種透明傳輸，故本文制定了一套應用層通信規約，其特點如下：
1) 在一般情況下，子站有問必答，當子站收到主站查詢命令后，必須在規定的時間內應答，否則認為本次通信失??；
2) 在特殊情況下，如發生故障時，則由子站收集故障數據后主動上傳給主站，故障數據優先級別最高。這樣就能夠保證重要數據的安全及時地上傳，使得主站系統能夠最快地檢測出故障區域，啟動相應的預案盡快恢復供電。
該規約定義了基本的四遙傳輸功能：遙信、遙測、遙控、遙調。所涉及的數據包括電氣數據、電度數據、狀態數據、故障數據、遙控數據、遙控命令等。
由主站向子站主動請求的服務有：
1) 主站向子站循環請求電氣數據；
2) 主站向子站發送控制命令，如合閘、跳閘；
3) 主站向子站發送遙測命令。
由子站向主站傳輸的服務有：
1) 連接請求數據包，表示向主站請求新的連接；
2) 故障數據，當故障發生時，主動向主站發送的反應故障情況的及時數據。
本規約中不同的數據其確認幀不同，采用這種措施，既是不同的數據延時，也可以通過不同的確認幀來確保主站與子站之間數據傳輸通信同步，保證重要的數據不丟失，能夠滿足配電網自動化系統的可靠性的要求。
3.2 通信程序的軟件結構及功能
軟件系統體系結構主要是描述系統操作系統、數據庫、應用軟件之間相互關系。按照系統層次描述，可將體系結構分為四個層次：平臺層、數據層、中間層、應用層。每個層次內部都是由一組完成一定功能的軟件模塊構成，各個層次之間通過相互支撐，完成配電網自動化系統功能，如圖3所示。
圖3 配的主站層軟件結構
本系統將配網自動化的數據采集與監控系統功能與故障處理功能集合在一起，通過監控管理模塊、通信模塊、故障定位模塊三個模塊的相互配合實現。三個模塊之間是相互聯系，協同工作的。監控管理模塊中線路開關的狀態數據通過通信模塊采集，并且對終端的控制命令也通過通信模塊實現，而監控模塊中的故障報警功能則依賴與故障定位模塊。故障定位模塊又依賴于通信模塊采集的數據。三者之間通過數據庫聯系，如圖4所示。
圖4 軟件模塊之間的聯系
通訊程序的編寫采用的是Win32 API接口函數開發多線程應用程序。由于本應用程序中的線程僅用與處理各個FTU終端上傳到主站中心的數據，不存在跨進程之間的使用，本文使用臨界區方法，帶來速度上的優勢并能夠減少資源占用量。通信程序的設計是在MFC基礎上進行的，流程如下：
首先，創建一個 CListenSocket 類對象。
m_listensocket = new CListenSocket(this);
然后，使用 Create 函數創建一個 Socket，并且綁定 IP 及端口號。
m_listensocket->Create(m_port,SOCK_STREAM,ip);
這樣就可以開始監聽了。
m_listensocket->Listen(32);
通信模型如圖5所示。
圖5 通信模型
當需要給客戶端請求或回應數據時，由主線程啟動寫線程進行向客戶端發送數據的操作，當客戶端有數據發送時，主線程通過消息機制重載函數啟動讀線程。通信程序的主流程圖如圖6所示。
圖6 通訊程序流程圖
4、結 論
本文根據配電網自動化系統的特點及其對通信的要求，分析比較了當前的各種通信技術，考慮到GPRS這種數據傳輸方式的可行性，經濟性等方面的優勢，采用GPRS的通信方式搭建了整個系統的通信網絡，提出GPRS網絡與Internet網絡結合的組網方式，采用配電主站通過固定IP接入Internet網絡，達到雙網共同承擔數據傳輸的任務，設計了系統的通信規約，滿足了該配電網自動化系統的通信要求。
參考文獻：
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