載波通信技術(shù)是智能通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，隨著通信技術(shù)的整體提高，載波通信技術(shù)也在不斷發(fā)展變化，本文主要探討新一代載波通信技術(shù)在智能配用電網(wǎng)的應(yīng)用。

　　《中國通信》創(chuàng)刊于2004年，期刊總編輯為兩院院士、北京郵電大學(xué)教授陳俊亮。2008年起，應(yīng)廣大讀者需求期刊由純英文版變更為中英文雙語版。中英文刊的出版目標(biāo)是成為我國通信行業(yè)最具影響力的，有學(xué)術(shù)特色的綜合性期刊。中英文刊立足于我國信息通信業(yè)發(fā)展大局，積極開展海內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，及時反映海內(nèi)外最新研究成果。

　　目前，配用電網(wǎng)自動化在全國展開了全面的試點工作，取得了階段性的成果。在已完成的試點中，通信網(wǎng)絡(luò)采用了光纖通信為主，載波和無線為輔的技術(shù)路線。這幾種通信技術(shù)都存在明顯的缺陷：光纖通信存在光纜鋪設(shè)難度高，周期長，綜合成本高等問題;無線專網(wǎng)存在頻點申請困難，存在覆蓋盲點等問題;無線公網(wǎng)則存在安全隱患，在線率低等問題;而載波通信存在通信質(zhì)量不高，帶寬低等問題。

　　載波通信技術(shù)具有的獨特優(yōu)勢：無介質(zhì)鋪設(shè)的困難，可快速部署，專網(wǎng)專用，安全性更高。但是，當(dāng)前傳統(tǒng)載波通信技術(shù)主要存在如下的問題，嚴(yán)重影響了載波技術(shù)在智能配用電網(wǎng)上的推廣和應(yīng)用：通信質(zhì)量低，誤碼率高，時延大;無法支持多個邏輯子網(wǎng);無法跨越多級分支箱;信息安全有隱患等。

　　新一代載波通信技術(shù)對載波通信的協(xié)議棧進行了革新，引入業(yè)界先進成熟的通信技術(shù)，從物理層、媒體訪問控制層、高級鏈路層到網(wǎng)絡(luò)層，全面實現(xiàn)了對傳統(tǒng)載波技術(shù)的突破和超越。

　　本文在描述新一代載波通信技術(shù)的原理及技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，提出適用于智能配用電網(wǎng)通信的綜合解決方案模型。

　　1技術(shù)原理

　　1.1 物理層調(diào)制技術(shù)

　　新一代載波技術(shù)在物理層上采用OFDM調(diào)制技術(shù)。OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)提供多個子載波，覆蓋10-500khz頻段。它既提供了強大的抗干擾能力，也提高了頻譜利用率，能在有限的頻段上提供高速速率。采用OFDM作為物理層的應(yīng)用還包括：低壓寬帶載波、4G LTE 下行通道、ADSL、WLAN、數(shù)字音頻廣播DAB、數(shù)字視頻廣播DVB、HDTV等。

　　其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。

　　1.2 物理層編碼技術(shù)

　　編碼技術(shù)上采用采用PSK相移鍵控技術(shù)，提供DBPSK、DQPSK、D8PSK調(diào)制方式，顯著增強傳輸?shù)目垢蓴_、數(shù)據(jù)的保密性及吞吐量，可針對不同的干擾強度靈活選擇編碼方式。此外，還支持兩層FEC前向糾錯功能。通過采用多個子載波、編碼和糾錯，更好地消除了通信中的噪音和選擇性減弱。

　　1.3 MAC層

　　MAC層采用基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA載波偵聽多路沖突檢測/回避技術(shù)。

　　CSMA/CA技術(shù)提供類似于以太網(wǎng)沖突檢測的機制，且更適應(yīng)于信號和干擾強度動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)，具備高擴展性，支持多個邏輯網(wǎng)絡(luò)同時存在，無需知道電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)，在Zigbee和WirelessHART等網(wǎng)絡(luò)里已有廣泛使用。

　　1.4 網(wǎng)絡(luò)層

　　6LoWPAN技術(shù)實現(xiàn)了在IEEE 802.15.4鏈路上的Mesh路由和支持基于IPV6的通信。

　　Mesh網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))也稱為“多跳”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何設(shè)備節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的節(jié)點由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣�的話，那么�?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。

　　與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比，Mesh網(wǎng)絡(luò)具有幾個無可比擬的優(yōu)勢：

　　1).快速部署和易于安裝。安裝Mesh節(jié)點非常簡單，由于極大地簡化了安裝，用戶可以很容易增加新的節(jié)點來擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量。因此大大降低了成本和安裝時間，僅這一點帶來的成本節(jié)省就是非常可觀的。

　　2).健壯性。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)健壯性通常的方法是使用多路由器來傳輸數(shù)據(jù)。如果某個路由器發(fā)生故障，信息由其他路由器通過備用路徑傳送。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個節(jié)點出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡(luò)也就隨之癱瘓。而在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運行不會受到影響。

　　3).結(jié)構(gòu)靈活。在多跳網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可以通過不同的節(jié)點同時連接到網(wǎng)絡(luò)，因此不會導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。Mesh網(wǎng)絡(luò)還提供了更大的冗余機制和通信負(fù)載平衡功能。在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都有多個傳輸路徑可用，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個節(jié)點的通信負(fù)載情況動態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點的通信擁塞。

　　此外，網(wǎng)絡(luò)層支持IPV6/V4雙棧協(xié)議。在IPV4地址已經(jīng)用盡的今天，支持IPV6已經(jīng)是大勢所趨。IPV6除了提供海量的地址之外，在其他很多方面做了優(yōu)化，利于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)高效傳送。而6LoWPAN技術(shù)可以很好的實現(xiàn)了對IP報頭的壓縮、分片和重組。

　　2 新一代載波通信技術(shù)的優(yōu)勢

　　新一代載波技術(shù)存在以下的技術(shù)優(yōu)點：

　　·全面兼容性：基于OFDM技術(shù)，與S-FSK技術(shù)共存，兼容已有網(wǎng)絡(luò)。

　　·抗強干擾：能在極其嘈雜的環(huán)境下工作，支持跨配電變壓器通信。

　　·高速率：雙向通信，最高傳輸速率可達近300Kbps。

　　·靈活組網(wǎng)：支持各種拓?fù)洌�自動信號中繼，無站點個數(shù)限制，沖突檢測和避免機制優(yōu)于低效率的輪詢。

　　·信息安全：AES-128加密引擎，EAP-PSK雙向認(rèn)證。

　　·前向兼容：支持IPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，支持基于互聯(lián)網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)。

　　3新一代載波通信技術(shù)應(yīng)用

　　智能電網(wǎng)配用電通信接入網(wǎng)的層次架構(gòu)，依據(jù)電壓等級，主要劃分為10kV、0.4kV和用戶室內(nèi)3個層面，如圖4所示。主要業(yè)務(wù)主要包括配網(wǎng)自動化、低壓集中抄表等。

　　由于接入層和用電信息層的現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，特別是用電信息層低壓集中抄表業(yè)務(wù)的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)類型較多(如表1所示)，目前尚未有一種合適的方案能提供適用于不同場景的電表終端通信。

　　序號場景類型特點電表終端設(shè)備配置

　　1多層獨立表箱樓層不多，各層都分布有獨立的電表1集中器+1采集器

　　2多層集中表箱樓層不多，電表集中分布在某一層1集中器+1采集器

　　3高層集中表箱樓層較多，每隔幾層就會有一層集中放電表的區(qū)域1集中器+每1～6層配置一臺采集器

　　4低壓工商業(yè)門面獨立電表、空間上連續(xù)排布1集中器+約每10個用戶配置一臺采集器

　　5分散獨立用戶別墅區(qū)或農(nóng)村較分散用戶電表集成了集中器

　　新一代載波通信技術(shù)支持跨配電變壓器通信，所以本文提出了基于新一代載波通信技術(shù)的適用于智能配用電業(yè)務(wù)通信的綜合解決方案，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。110kV變電站將配置主載波機，DTU等配網(wǎng)自動化終端配置從載波機，通過10kV電力線為載體實現(xiàn)中壓配網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)上傳至變電站;集中器和采集器分別配置載波模塊，并作為模塊嵌入至集中器和采集器終端里，通過380V電力線實現(xiàn)集中器與采集器之間的通信，采集器和電表之間采用現(xiàn)在已經(jīng)很成熟的RS485通信。因為新一代載波通信技術(shù)支持跨配電變壓器通信，所以本方案將不再在集中器配置遠程通信模塊，將直接通過載波模塊，跨變壓器實現(xiàn)低壓集抄業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從集中器至變電站。

　　該方案經(jīng)濟、可靠，在不增加額外投資的情況下，實現(xiàn)了中壓配網(wǎng)自動化業(yè)務(wù)和低壓集中抄表業(yè)務(wù)同時共享一個專用網(wǎng)絡(luò)，提高了低壓集中抄表遠程通信的可靠性。

　　4結(jié)束語

　　本文通過對新一代載波通信技術(shù)特性的分析，得出新一代載波通信系統(tǒng)在實現(xiàn)智能配用電網(wǎng)通信的優(yōu)勢，并提出了一種適用于智能配用電通信的綜合解決方案。該方案在不增加額外投資的情況，提高了中壓配網(wǎng)自動化通信專網(wǎng)的通道利用率，提高了低壓集中抄表業(yè)務(wù)通信的可靠性，具有大規(guī)模推廣的價值。