电力光通信网应急通信制度研习范文

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QPSK调制器如图1所示。在图1中，2个有限脉冲响应（FiniteImpulseResponse，FIR）滤波器对I和Q信号进行高指令流数字滤波，避免对高频和中频的中心波瓣的干扰。最后经过滤波的I和Q信道组合，并经由数模转换电路把数字信号调制为中心频率为70MHz的中频信号。而输入数据序列是由FPGA单元传送的，该输入数据序列事先经缓存并经过Reed-SolomonFEC算法编码，FEC算法编码是通过在数据队列中增加数据位，使接收端进行差错纠正。FEC编码可以提高信号的接收灵敏度，减少由背景噪声引起的误码率增加，但是在调制之前，一些突发的、连续地对数据信号干扰而引起的误码，FEC则难以纠正，可以采用交错算法来解决，增加其抗干扰性。该算法的原理为打乱原数据的序列，将连续的数据队列交错编排后，扩展到几个不同数据块中传输。一段连续的被干扰数据信号经过译码后被分成几个相互隔离较远、相对较小的误码数据块，可以被FEC纠正。

采用数字中频技术

QPSK解调器如图2所示。在图2中，对于接收机来说，6MHz的第2中频信号由模拟数字转换器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）采样并分离出I和Q信道，然后经过与调制相关的FIR滤波器滤波，最后经相应的QPSK、16QAM、32QAM解调恢复原始数据信号。解调电路对输入数据进行交错恢复和Reed-SolomonFEC译码，以重组数据队列并纠正传输误码。另有纠错电路用于提升数据的完整性，数据经过由2个位移寄存器组成的均衡器，包括带有加权系数的前馈部分和反馈部分，此过程可消除因传输多径干扰而引起的码间串扰。解调器还提供接收信号强度指示（ReceivedSignalStrengthIndication，RSSI）来指示接收设备的输入信号强度。解调电路需要输入信号保持合适的信号强度，反馈电路通过监测RSSI信号值来控制无线接收电路的自动增益控制（AutomaticGainControl，AGC）以保持输入到解调器的信号为稳恒值。

采用FPGA技术

FPGA提供数据信号的内部复用和解复用。对于发射过程，FPGA复用经由EIA–530端口输入的用户数据及各种系统服务数据（如E1数据）为一路数字序列送入调制器。用户数据可通过程序设定，速率从64kbit/s到768kbit/s;对于接收过程，FPGA则完成拆分经解调器译码的数据为用户数据和系统服务数据。FPGA外部数据接口如图3所示。

优异的射频链路

MDSLEDR电台主要由接收机、发射机、双工器、调制解调器、FPGA、微处理器以及各种接口单元等组成。MDSLEDR电台原理如图4所示。在接收机部分，低噪声放大器是由增益高、噪声系数低的放大电路组成，同时采用良好的滤波匹配电路提供高通滤波性能和获得低噪声系数指标。低噪声放大器的后接滤波器采用1个三级螺旋滤波器完成初始滤波，该组件提供较好的带外滤波以消除从宽带的天线和双工器馈入的带外信号。第1级混频是把接收的RF信号下变频为70MHz中频信号。70MHz中频滤波器采用低损耗的晶体滤波器，该中频滤波器具有与接收信道相同的滤波带宽，可提高接收的选择性指标，抑制其他带外信号（包括镜像干扰信号），特别是邻近信道的干扰信号。中频滤波器输出的信号进入AGC放大器，AGC放大器采用2个高线性、可变增益的放大器组成，从而保持整个接收链路的良好的线性，避免因互调失真降低接收信噪比，增加误码率；第2级混频是把70MHz的中频信号下变频为6MHz的信号以供解调器处理。

在发射机部分，由调制器输出的中频信号经70MHz晶体滤波器滤波，消除数字调制电路产生的杂波干扰。中频信号经过混频器实现上变频，转换为发射机载频，其中本地振荡器由一个压控振荡器（VoltageControlledOscillator，VCO）集成电路组成，基准晶体振荡为15MHz，发射机的频率稳定度可达±1.5ppm。在上变频器的后级设有滤波器，该滤波器由2个三级螺旋带通滤波器组成，可滤除其他交调信号。经滤波器输出信号为较纯净的信号，放大后进入自动电平控制（AutomaticLevelControl，ALC）电路，ALC电路通过电调衰减器来自动调整输出信号以保持输出功率的线性度恒定，并可补尝因温度及器件老化而引起的输出功率误差。

功率放大器可智能化控制，发射电路可以被自动关闭，自动关闭具有2种作用。①当出现硬件故障或锁相环失锁的情况下，可关闭发射电路以防止对用户或邻近频道造成射频干扰。②在热备份配置中，开启和关闭发射机功能可以将传输机作为备用电台。

运用MDS电台的无线应急通信系统

无线应急系统应用拓扑如图5所示。电力系统各变电站业务通过SDH光通信网络传输，其中包括生产调度电话、行政管理电话、远动信号、抄表信息、电量采集信息等。这些业务经过PCM设备进行信号的调制解调后通过光通信设备的E1通道传送回地调。文章所介绍的应急通信方案是在光纤网络一旦出现问题时，启用无线应急通信网络取代光纤SDH网络,直接将原来挂在SDH设备下的E1业务完整地转移到数字无线电台系统，保证所有下挂在E1端口下的业务通信不中断。

MDS数字电台的无线传输系统设计

无线传输系统设计主要是要对链路进行预算分析，下面针对具体MDS数字电台点对点通信的系统设计进行分析，采用的电台发射功率为2W（33dBm），天线增益为9dBi,馈线采用安德鲁7/8低损耗阻燃射频馈线，长度为30m，损耗为0.7dB。根据这些条件进行无线传输系统设计，其步骤如下。

1计算自由空间的路径损耗公式

路径损耗计算公式为：

2计算发射端天线辐射功率

天线辐射的功率计算公式为：发射端电台实际发射功率为Po=33dB，经馈线到天线，天线的增益Gt=9dB,馈线损耗L0=0.7dB，由公式（2）可知Pt为41.3dB。

3计算接收端的天线接收

电平接收端的天线接收电平计算公式为：实际接收端的天线增益为Gr=12dBi，馈线的损耗L0=0.7dB，根据业务需求，电台开放1×E1（数据速率为1024kbit/s）作为应急通信使用，中频带宽选择500kHz，则由表1可知接收机灵敏度为–89dBm，由式（3）算得Pr为–101.7dBm。

4计算通信距离

由以上收发链路电平确定自由空间路径损耗Los为：如果通信频率采用396MHz，即f=396MHz，将Los和f值代入式（1）可以得到通信距离d。由于无线通信受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的无线信号衰落,按设备安装的环境，其参考值选取为25dB,由式（1）计算得出近似通信距离d约为10km。此外，为保持适当的链路预算，可以通过增加发射功率、天线增益以及通过前置放大来补尝馈线的损耗，提高接收机的信噪比以保持需要的路径和较佳误码率，使误码率符合系统稳定通信的期望值。

实际测试

根据业务需求，中心站设置在电力某大楼通信机房，从站设置在某变电站，主、从站相距约9km，进行点对点通信测试。经测试，无线系统同步情况稳定，误码率低于10–6，E1接口传输速率可达2Mbit/s，视频摄像机接入传输图像传送流畅，利用MDS数字电台的勤务电话接口进行通话测试，语音较为清晰。

结语

文章重点介绍了MDS数字电台组成的无线电力应急通信网及MDS电台的组成原理和关键技术，同时给出了在南安电力中的应用和测试情况。数字无线电台应急通信系统具有建网周期短、投资小、灵活性好等特点，在电力通信中具有推广使用的实际意义。

作者：黄日新陈芬黄勇柯德钦单位：福建省南安市电力有限责任公司