无线光通信技术在电力系统中的应用.pdf

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1、第 3 0卷第 1 9 5期 2 0 0 9年 1月 1 0 日 电力系统通信 T e l e c o mmu n i c a t i o n s f o r E l e c t r i c P o we r S y s t e m Vo l I 3 O No 1 9 5 J a n 1 0，2 0 0 9 41 无线光通信技术在电力系统中的应用 孙丽丽，张华栋，李 茜(1 济南供 电公司，山东济南2 5 0 0 1 2；2 山东电力研究 院，山东 济南 2 5 0 0 0 2)摘 要：介 绍 了无线光 通信 系统 的 系统构 成和 特征，阐述 了山 东无线光 通信 实验 网的 系统设 计 方

2、案 及通信 测 试结 果，总结 了影 响无线 光通 信 系统 因素，并提 出了改善 无线光 通信 系统性 能 的有效措施。关 键词：无 线光 通信；应急 通信；实验 网 中 图分 类 号：TN9 2 9 1 文献 标 志 码：B 文 章 编 号：1 0 0 5 7 6 4 1(2 0 0 9)0 1 0 0 4 1 0 4 O 引言 电力通信的常用方式有微波通信、光纤通信、载波通信等多种类型。随着激光技术的成熟和发 展，出现 了许 多 新 型 的通 信方 式，无 线 光 通 信(F S O，F r e e S p a c e O p t i c s)就是 其 中之 一。无 线 光 通 信是 以

3、小功率的红外激光束在大气 中传输 光信号的一种通信方式，是光通信和无线通信二 者 的结合。无线光通信作为光纤通信的补充，主 要用于短距离 的宽带传输，是传输网和接入 网建 设 的新选 择 无 线光 通 信 可广 泛 应 用 于宽 带 接入、光 纤延 长、光纤备份、无线 回程线路、临n,t 应急通信等。无线光通信架设方式 灵活便捷，不需要架设光 缆，在 发 生 大规 模 自然 灾 害 时，可 以迅 速 建 立 通 信通道，实现应急通信，具有 良好的应用前景。为 探索 无 线光 通信 在 电力 系统 的可 用性，济南 供 电 公 司配 合 中 国 电力 科 学 研 究 院 和 山 东 电力 集 团

4、 公司进行了无线光通信可行性试验。1 无线光通信 系统概述 1 1 无线光 通信 系统 的构成 无线光通信系统是 以大气作为传输媒质来进 行光信号的传送。无线光通信系统包括发射机、信道和接收机。在点对点传输 的情况下，每一端 都设 有 光发 射 机 和光 接 收 机 可 以实 现 全 双 工 的 通信。系统所采用 的基本技术是光电转换，在发 射机 中。光发射机 的光源 受到 电信号 的调制，通 过作为天线的光学望远镜，将光信号通过大气信 道传送 到接 收机望远镜；在接收机中，望远镜收 集 接 收 到光 信 号并 将它 聚焦 在光 电检 测器 中 光 电检测器将光信号转换成电信号。图 1 为无线

5、光 通信设备的系统。图 1 无 线光 通 信 设 备 系统 Fi g 1 O pt i c a l w i r e l e s s c o m m un i c a t i on s ys t e m 1 _ 2 无线 光通信 系统 的特 点和 优势 无 线 光通 信 作 为一 种 光 通信 技 术，迄 今 为止 已经 有三 十 多年 的研 究 历 史。最 初，由于 光学 器 件制造成本较高，并且无线光通信受到天气干扰 的因素 比较大 问世几 十年并未普及，仅限于星 际通信和国防通信领域的应用。近年来，随着光通信器件制造技术的飞速发 展和新通信技术的应用，使无线光通信设备的制 造成本大大下降，

6、通信质量迅速提高，人们才又 逐渐开始了无线光通信的民用研究。无线光通信 4 2 电 力 季 锚 瞳 谨 与电力系统常用 的微波、载波、光纤通信方式相 比，具 有 以下特 点。1)频带宽，速率高。从理论上讲，虽然无线光 通信的传输带宽与光纤通信 的传输带宽相 同，但 是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，而无 线光通信的光信号在空气介质中传输。无线光通 信产品 目前最高传输速率可达 2 5 G b i t s，最远传 输距 离可达 4 k m。2)频谱资源丰富。与微波技术相 比，无线光 通信设备多采用红外光传输，不仅有十分丰富的 频谱 资 源，而且不 需 要 申请 频 率 执 照和 交纳 频率

7、占用费。这是微波通信等其他无线通信方式所无 法 比拟 的 3)适用现有的通信协议。无线光通信适用环 境广，不依赖某种协议。现在通信 网络常用的 S D H、A T M、以太网、快速以太网等协议都能适用，并可支持 2 5 G b i t s 的传输速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。4)架设灵活便捷。无线光通信设备可以直接 架设在屋顶 以及在江河湖海上进行通信，可 以 完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的 通 信任 务，而且 无 需埋 设 光 纤，可 以 在几 小 时 内 建立起通信链路，方便快捷。5)安全可靠。无线光通信的安全性是非常显 著的，南于光通信具有非常好的方 向性和非常窄

8、 的波束，因此很 难进行 窃 听和人为 的干扰。6)经济效益高。光纤网络 的成本通常很高，敷设 过程 不仅 所需 时 间长，投 资 也不 可撤 回，而 无 线光 通 信 技 术 可在 光 城 域 网 之外 提供 高带 宽 连接，成 本 只有 在地 下埋设 光缆 的五分之 一。2 山东无线光通信实验网建设 2 _ 1 山东无 线光通信 实验 网拓扑 结构 山东无线光通信实验 网建设在山东省济南 市，共有 3个通信节点，分别设置在山东电力集 团公司调度 中心、济南供 电公 司调度 中心和济南 供电公司北关区生产管理 中心。本次实验中应用 的设备包括：3台型号为 G B Y 1 5 5 1 0 一$

9、4 0 0 0的无 线光通信设备：3台型号为 H C O E 1 2 0 一 I 2的 P D H 光端机；2台 3 7 7 1 8误码仪，用于测试数字信号误 码。无线光通信有 8 5 0 ll m和 1 5 5 0 H i l l 两种T作 波长，本次 实验 采用 波长 为 8 5 0 1 1 1 1 1。山东无 线光 通信实验网络拓扑如图 2所示。1 1 2 7 k m 3 2 k m 济南供电公司大楼 图 2 山 东无 线 光 通信 实验 网络 拓 扑 F i g 2 To po l o gy o f S ha n d on g o pt i c a l wi r e l e s s t

10、 r a i 1 n e t wor k 无线光通信设备装置如图 3所示。图 3 无 线 光 通信 装 置 F i g 3 Op t i c a l wi r e l e s s c o mmun i c a t i on e qu i p me n t 山东无线光通信实验 网络设备连接 如图 4 所示。二：1 5 5 M b i t s：墨 丽 u 图 4 实验 网络 结 构 F i g 4 St r uc t u r e of e x pe r i me n t a l ne t wo r k 2 _ 2 实验 网测试 结果及 分析 通道链路架设 完毕后，对无线光通信通道进 行 了误码 指

11、标测试 测试 结果 见表 l 所 列 通过测试数据可 以得到结论：无线光通信系 统通道误码率低于 1 5 x 1 0 ，满足电力系统通信 传输的要求。3 影响无线光通信 系统 因素分析 3 1 雷 电对无线 光通信 的影 响 无线光通信系统设 备采用光接 口而不是电 接 V I，通过光 缆连接 到机 房，一 般不会 受 到雷 技术研 究 孙丽等 尢线比通 信技 术在 电力系统巾的血川 4 3 表 1 无线 光 通 信 实 验 网 测试 数据 Ta b l e 1 T e s t d a t a 接 收结构 2HDMB(M 2 1 0 0 分析(E)比例 0 O 48 9 9 9 52 0 01

12、 0 000 0 击 的影 响。无 线 光通 信设 备 的供 电 电压 一 般 为一 4 8 V直 流或 2 2 0 V交 流，再 通过 内部 电源 模 块 转 换 为 1 2 V 工作 电压。由 于设 备 具有 多 重 防 雷 措 施，雷 电一 般不 会 影 响无 线 光 通 信设 备 的 正 常运 行。3-2 雨雪、台风、沙尘 等对 无线 光通 信 的影 响 在雨雪天气情况下，传输信号随天气恶劣的 程度有一定的衰减。无线 电波在空气 中传输时，当波长与空气中障碍物尺寸相近时衰减最大。因 为 无 线光 通信 的波长 为 纳 米级 雨雪 尺 寸 为 毫米 级 所以无线光通信 系统 的雨雪衰减较

13、小，在雨 雪天气中能保持丁作稳定。在 台风 和北 方 地 区 沙尘 暴 等 恶 劣 的气 象 条 件下 和受雨雪天气影 响类似，传输信号随天气 恶 劣 的程 度有 一 定 的衰 减，但 一般 在 设 备 正 常工 作所能承受 的冗余度之内，可 以保证正常工作。因 为 无 线 光通 信 发 射机 所 发 出 的 激 光 束 有 一 定 的发散角，会在对端形成一个光斑，在刮 台风时，即使发射机产生少许晃动，只要对端接收机保持 在光斑 内，系统都能正常通信。3 3 飞鸟等 对无 线光 通信 的影 响 无线光通信设备所发 出的光束是多光束，并 且光束有一定 的发散角，形成 较大的光斑，当飞 鸟经过光路

14、时，一般无法将光路完全挡住，只有 当大 群 鸟 长 时 间 盘旋 在 光 路 近段 时 才会 产 生误 码甚 至 中断。4提高无线光通信可靠性的措施 实验 中通过对影响无线光通信系统 的因素 进行 分析，采 取 了各 种 相应 的措 施，有 效 地 提 高 了通信的可靠性。1)采 用 多个 发射 孔 径 来减 小 光 强 闪烁 效应，降低误码率。采用单个发射镜时，接收端的光强 起伏很大，光强概率密度曲线更接近于指数衰减 分布。但是，随着发射镜数 目的增加，曲线更接近 于对数一 正 态分 布。多个 发射 镜对 于 闪烁效应 的 减 弱相 当明 显，但 考 虑 到发 射 镜 越多 光 学系 统 越

15、 复 杂，在 实 际 应用 中，折 中的 方 法 是 选 择 4个 比 较适 宜。2)利用 白适应光学系统减弱大气闪烁。特别 是在弱起伏 条件下，应用 自适应光学系统(简称 A O系统)可 以非常有效地减弱闪烁效应，目前随 着 A O技 术逐 步走 向实 用 化、小 型 化，可 逐步 将该 技术应用于无线光通信系统可逐步实现。3)增 大 接 收 天 线 的 孑 L 径，可 以对 闪 烁 起 到 孔径平滑效 应，并有效减弱 闪烁对通信误码 的 影 响。4)随着湍流强度的增大或通信距离的增长，误码率增加很快：采用长波长 的光波进行传输可 以 同 时减 弱 衰 减 效 应、闪 烁效 应，有 效 降

16、低 系 统 误码率 并可适当增加通信距离。另外，可选择较 高的激光发射功率 但受限于激光器功率和人眼 安 全 的限制。5)改进光通信编码方式，例如，利用前 向纠 错 编码 方法 可较 为有效 地减 弱 闪烁效应 的影 响。5 结束语 山东无线光通信 实验网是国内首 套应用 于 电力 系统的无线光通信系统，为今后无线光通信 技术在我国的推广、应用及大气信道方面 的研究 工作提供了一个实验平台。通过深入系统地研究 大气信道对无线激光传输 的影响，提出了基于无 一。一 7 一 薹萋 一 吊 玫 雎 l耋 一 咖 一 一 眦 缺 总 4 4 电 力 孽 镌 通 信 2 0 0 9，3 0(1 9 5)

17、线光通信的电力宽带传输组网应用方案，并对 网 络性 能进行 了全 面测 试。实验结果表明，无线光通信具有频带宽，速 率高，架设灵活快捷，通信通道透明，经济效益高 等特点，可广泛应用于数据通信、自然灾害抢救 等场合，具有 良好的推广前景。参考文献：1 李玉权，朱勇，王江平光通信原理与技术【M 北京 科 学 出版 社，2 0 0 6 【2 席晓莉，柯熙政无线激光通信概论【M1 _ 北京：北京邮 电大 学 出 版社 2 0 0 4 (Z F)孙丽丽(1 9 7 5 一)，女，山 东济南人，高级工程师，从事 电 力 系统 通 信运 行、维护 S-作。张华栋(1 9 7 6 一)，男，山东济南人，高级工

18、程师，从事 电力 系统 通 信运 行 _ Y-作 李 茜(1 9 7 3 一)，女，山东济 南人，技师，从事 电力系 统 通信 运 行、维 护 J-作(收稿 日期：2 0 0 8 0 6-2 7；修 回 日期：2 0 0 8 0 8 1 5)App l i c a t i o n o f f r e e s pa c e o p t i c s t e c h no l o g y i n e l e c t r i c p o we r s y s t e m S U N Li 1 i，Z HANG Hu a-d o n g 2，L I Q (1 J i n a n P o w e r S

19、u p p l y C o m p a n y，J i n a n 2 5 0 0 1 2，C h i n a；2 S h a n d o n g E l e c t ri c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e，J i n a n 2 5 0 0 0 2，C h i n a)Ab s t r a c t：T h e b a s i c s t r u c t u r e a n d c h a r a c t e ri s t i c s o f f r e e s p a c e o p t i c s s y s t e m a r e

20、 b rie fl y i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r Th e s y s t e m d e s i g n s c h e me a n d t e s t r e s u l t s o f S h a n d o n g f r e e s p a c e o p t i c s e x p e rime n t a l n e t wo r k a r e f u rth e r i l l u s t r a t e d Th e s y s t e m f a c t or s whi c h i n flu e n c e

21、f r e e s p a c e o p t i c s c ommu ni c a t i o n a r e a l s o d i s c u s s e d，a n d t h e pe rfo r ma n c e i mp r o v e me n t me a s ur e s a r e p r e s e n t e d Ke y wo r ds：f r e e s pa c e o pt i c s：eme r ge nc y c o mmun i c a t i o ns：e x pe rime n t a l ne t wo r k 止 j也 j也 j，未(上 接 第

22、 3 6页)5 结束语 改革开放为电力通信的快速发展提供历史性 的机遇，经过 3 0年发展建设。电力通信 的传输容 量扩大了上千倍，通信质量和可靠性也大大增强，电力通信 目前已经能够较好地满足电力系统安全 生产 和企业管 理的需要。展望未来，随着经济和社会的高速发展，我国 的电力事业也正朝着特高压大电网时代迈进，电。点 tj j 己jl j L j上 力通信的作用和责任越来越大，电力通信也必将 会得 到更大 的发展。(W)姜瑞巧(1 9 6 4 一)，女，山 东海 阳人，高级 工程师，从 事 电力通信专业技术和管理工作。王兆佩(1 9 6 3 一)，男，山东滕 州人，高级工程师，从事 电力 通

23、信 专 业技 术和 管 理 工作(收 稿 日期：2 0 0 8 1 1 0 4)De v e l o p me nt o f po we r c o mmun i c a t i o n c o mi ng wi t h t he r e f o r m a n d o pe n i n g u p J ANG Ru i q i a o，WANG Z h a o-p e i (S h a n d o n g E l e c t ri c P o w e r C o ，J i n a n 2 5 0 0 0 1，C h i n a)Ab s t r a c t：Th e r e f o r m

24、a n d o p e n i n g u p h a s b r o u g h t a h i s t o ric a l o p p o r t u n i t y f o r t h e d e v e l o p me n t o f p o w e r c o mmu n c a t i o n I n t h i s a r t i c l e，t h e a u t h o r d e s c ri b e s t h e r a p i d d e v e l o p me n t a n d p r o g r e s s i n t h e fi e l d o f t

25、e l e p h o n e s wi t c h i n g，t r a n s mi s s i o n d a t a c o mmu n i c a t i o n a s w e l l a s v i d e o c o n f e r e n c e o f S h a n d o n g p o w e r s y s t e m s i n c e t h e r e f o rm a n d o p e n i n g u p Ke y wo r d s：r e f o r m a n d o p e n i n g u p；p o w e r c o mmu n i c a t i o n；d e v e l o p me n t