电力无线微波传输技术

一、无线通信技术概述

目前主流的无线传输技术可分为：高功耗、高速率的广域网传输技术（2G/3G/4G蜂窝通信技术、微波调制传输等）；低功耗、低速率的广域网传输技术（Lora、Sigfox、NB-IoT等）；高功耗、高速率的近距离传输技术（WIFI、蓝牙等）；低功耗、低速率的近距离传输技术（ZigBee）。

在以无人区输电线路视频回传为主要业务需求的场景下，窄带和近距离传输的物联网无线技术并不适用该场景。目前主流的无线视频监控技术有WLAN（无线局域网）、模拟微波调制技术、4G/5G移动物联网技术、卫星通信技术。各技术的特性分析如下：

（1）WLAN（无线局域网）

WLAN（无线局域网）与一般传统的以太网（Ethernet）的概念并没有多大的差异，只是将以太网的线路传输部分（普通网卡--五类线--普通HUB）转变成无线传输形式（无线网卡--微波—AP，AP可理解为无线HUB），也可以说是双向通讯的数字微波通信。

（2）模拟微波调制技术

模拟微波调制技术是将视频信号直接调制在微波的通道上，通过天线发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，再通过微波接收机解调出原来的视频信号。此种监控方式没有压缩损耗，几乎不会产生延时，因此可以保证视频质量，但其只适合点对点单路传输，不适合规模部署，此外因没有调制校准过程，抗干扰性差，在无线信号环境复杂的情况下几乎不可以使用。

（3）4G/5G移动物联网技术

利用运营商提供的4G/5G无线移动网络，可实现视频图像高质量地传输。

（4）卫星通信技术

依靠传统的通信卫星或高通量卫星技术，视频终端通过卫星传输通道实现点对点的通信。

各类无线视频监控技术的优缺点可归纳如下：

二、技术分析

为实现无人区输电线线路视频监控、在线监测等业务信息回传，可采用WLAN（无线局域网）、卫星通信技术等。

（一）WLAN（无线局域网）

目前，Mesh组网和WDS组网均能实现两个无线接入节点之间的无线链路通信，实现无线网络的扩展，可广泛应用于无线视频监控回传网络中，各组网特性分析如下：

（1）WDS组网

WDS组网通过无线网桥连接两个独立的局域网段。WDS组网结构包含点对点、点对多点。

目前无线网桥设备可实现点对点10km以上的远距离传输，实际数据吞吐量不低于200Mbps，整机功率小于20W。在整个组网中无线网桥根据节点作用的不同可实现不同的工作模式：在覆盖场景下支持AP（基站）工作模式、在接入场景下支持CPE（客户端）工作模式、在回传场景下支持WDS工作模式。

（2）Mesh组网

图1 典型Mesh组网架构

在Mesh网络中,如果某个节点的AP发生故障,它可以重新再选择一个AP进行通信,数据仍然可以高速地到达目的地，可以有效避免单点故障，所以Mesh网络比WDS网络更加稳定。

Mesh组网虽然便捷灵活，但整体链路带宽较低并且开销较大，在链路较长、跳接数量较多的情况下无法保障数据的正常传输。

（3）Mesh组网与WDS组网的对比

（二）卫星通信技术

国内卫星通信主要采用传统的Ku卫星和高通量通信卫星，其中高通量通信卫星主要是位于地球同步轨道的中星16号卫星、亚太6D卫星。目前中星16号卫星已实现商用，亚太6D卫星还处在在轨试运行阶段。“中星16号”卫星单站下载和回传速率最高可达150Mbps和12Mbps，单站整机功率约为40W左右。

由于卫星远端站最大回传速率较低、“南山效应”、功耗较高等问题制约了其在输电线路视频回传业务的广泛应用。但卫星远端站可作为无线回传网络上监测点零星补点的手段，也可结合Wi-Fi桥接技术，在输电线路或变电站巡检、应急救援时提供近程的通信覆盖，并且可配置COFDM图传设备将无人机自主巡检时视频画面通过卫星通道实现实时回传。

三、应用场景

按照某输电线路无网络覆盖的情况，可分为以下两种场景进行监控信号回传方案的设计：

场景一：整条输电线路无网络覆盖的区域零散、无网络覆盖区间范围较短。无网络覆盖区域可通过Mesh组网或WDS组网搭建的无线链路将业务信息汇聚至具备运营商信号的电力铁塔，通过4G CPE设备接入运营商电力无线专网APN通道回传至监控中心。

图2 场景一组网架构（示例）

场景二：输电线路无网络覆盖区域较广。无网络覆盖区域通过Mesh组网或WDS组网搭建的无线链路将业务信息直接回传至就近变电站（就近变电站是指据输电线路较近的变电站）。但其能够实现的网络覆盖距离会受制于设备的带宽、组网主链路跳接次数等，需根据实际的变电站两站之间的距离、需观察的点位数量等做进一步的业务模型分析。

图3 场景二组网架构（示例）

对于Mesh组网或WDS组网架构的选择需根据实际输电线路沿线观测点数量和点位位置进行部署，总体组网拓扑为主链路采用（汇聚节点间）多跳接力（桥接）的方式，汇聚节点采用点对多点实现近程覆盖。而因延时或受带宽限制使得采用上述两种组网架构的最优化情况下仍然存在无法回传的监测点位，可采用卫星通信技术作为补点的手段，从而实现输电线路无网络覆盖区域监测点位监控信息的回传。

四、无线传输拓扑图

图4 单链路多跳桥接传输拓扑图

在户外电力铁塔间无遮挡情况下，可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路，传输各种视频信号。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。

图5 点对多点桥接传输拓扑图

在户外电力铁塔间无遮挡情况下，前端的两个或多个铁塔可通过点对多点方式将采集的信息传输到一个铁塔上，然后再通过网桥间多跳桥接方式构建的传输链路将汇总的信息回传。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。

图6 桥接加mesh组网传输拓扑图

在户外电力铁塔间无遮挡情况下，可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路，传输各种视频信号。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。当其中三个或多个铁塔间均无遮挡时，可设置mesh组网，增强链路抗毁性，保证链路可靠性。

图7 多链路多跳桥接传输拓扑图

在户外电力铁塔间有遮挡情况下，部分无遮挡铁塔间可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路，传输各种视频信号，有遮挡的铁塔无法直接回传时，可根据现场情况选择附近其他铁塔进行回传。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。

物联网概念股一览：
平台型标的：关注宜通世纪(收购天河鸿城、迈出转型物联网的战略一步，关注公司自主物联网平台、跨领域垂直物联网行业应用生态布局的新跨越)。
重点行业应用龙头：交通领域，关注高新兴（300098）；医疗领域，关注思创医惠；电力领域，关注东软载波（300183）、新联电子（002546）；水务领域，关注三川智慧。
物联网芯片领域：关注北京君正（300223）、中科创达、全智科技、润欣科技等。

物联网其实到目前为止也没有一个精确的定义，一般来说，我们认为物联网是传统的互联网向物理世界的一个延伸。通过连接物理世界，使得网络能够更好的为人类服务。物联网能够广泛用在生产和生活的各个方面，产生了如智慧家庭、智慧城市、智慧农业、智慧医疗、智慧环境等一系列相关的应用场景。
涉及的主要技术包括以下几种：
1、传感器网络技术
传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传感器网络是由各种各样的传感器节点所组成，用以进行信息的收集、传输和处理的网络系统。
作为物联网感知和获取数据信息的重要手段，传感器网络在物联网中发挥着极为重要的作用。无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。
无线传感器网络主要由三大部分组成，包括节点、传感网络和用户这3部分。其中，节点一般是通过一定方式将节点覆盖在一定的范围，整个范围按照一定要求能够满足监测的范围；传感网络是最主要的部分，它是将所有的节点信息通过固定的渠道进行收集，然后对这些节点信息进行一定的分析计算，将分析后的结果汇总到一个基站，最后通过卫星通信传输到指定的用户端，从而实现无线传感的要求。
构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。
（1） 数据采集单元，通常都是采集监测区域内的信息并加以转换，比如温湿度、光照度等；
（2） 数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主；
（3） 数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等；能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积，会选择微型电池的构成形式。
2、RFID技术
射频识别（Radio Frequency Identification， RFID），是一种利用无线电波进行信息交换与存储的技术，通过无线射频来对电子标签进行读写，以达到自动识别目标以及信息交换目的。
RFID系统通常由读写器、电子标签与数据管理系统组成，其工作原理一般是由读写器在一定范围内发送无线电射频信号，当电子标签接收到读写器所发射的无线电信号时，就会利用感应电流所获得的能量（无源RFID），或者主动发送无线电信号（有源RFID）将标签芯片内所存储的产品信息发送出去，读写器接收到电子标签所发射的信息并解码后，再将这些数据信息反馈至数据管理系统进行数据处理。
RFID系统主要由标签、阅读器和天线三部分组成。一般由阅读器收集到的数据信息传送到后台系统进行处理。
（1）标签：标签由耦合元件及芯片组成，每个电子标签都具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID（用户身份z明），其在制作标签芯片时存放在ROM中，无法修改，其对物联网的发展有着很重要的影响。
（2）阅读器：阅读器是读取或写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式等多种工作方式。对标签进行识别、读取和写入 *** 作，一般情况下会将收集到的数据信息传送到后台系统，由后台系统处理数据信息。
（3）天线：天线是用来在标签和阅读器之间传递射频信号。射频电路中的天线是联系阅读器和电子标签的桥梁，阅读器发送的射频信号能量，通过天线以电磁波的形式辐射到空间，当电子标签的天线进入该空间时，接收电磁波能量，但只能接收其很小的一部分。
3、嵌入式系统技术
嵌入式系统一般是用户针对特殊需求而定制的，能够被内部计算机控制的设备或系统。嵌入式系统往往结合了计算机技术、通信技术以及自动化技术，使得传统的机电产品智能化，并具有故障诊断、自动报警以及信息传输和远程控制等多种功能，用以实现产品使用与管理的信息化、智能化。
由于嵌入式系统体积小、功能强且成本较低等，使其广泛应用于智能家居、车联网等领域。嵌入式系统的核心由一个或多个微处理器或微控制器组成，这些微处理器或微控制器经过预编程以执行一些任务。嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的。嵌入式系统需要与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。用先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的知识集成系统。
从应用角度可分为通用型嵌入式 *** 作系统和专用型嵌入式 *** 作系统。常见的通用型嵌入式 *** 作系统有Linux、VxWorks、Windows >

智能密码锁的系统由智能监控器和 电子锁具组成。二者异地放置，智能 监控器供给 电子锁具所需的电源并接收其发送的报警信息和状态信息。这里采用了线路复用技术，使电能供给和信息传输共用一根 二芯电缆，提高了系统的可靠性、安全性。

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