引言

　　當前，信息與通信、自動化、生產、管理等應用日益走向融合，信息網絡與通信網絡融合在一個網絡平臺上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息傳輸、音視頻會議、電話、傳真、即時通信等多種類型的應用服務，這種新型網絡模式稱為信息通信技術（ICT，Information Communication Technology）網絡模式。

　　ICT 網絡模式不僅是業(yè)務網絡的融合，還帶來了產業(yè)網絡的融合，給各行業(yè)的通信與信息網絡帶來建設、應用、運行、維護全過程的創(chuàng)新。

　　進入20 世紀90 年代以來， 移動通信系統(tǒng)飛速發(fā)展，從傳統(tǒng)的通信業(yè)務逐漸向互聯(lián)網、多媒體等寬帶業(yè)務發(fā)展，為新一代電力ICT網絡的無線接入帶來新的選擇。隨著3G 在全世界范圍的大規(guī)模商用，其已成為目前通信領域討論的熱點，傳輸速率在支持靜止狀態(tài)下為2 Mbit/s，步行慢速移動環(huán)境中為384 kbit/s，高速移動下為144 kbit/s，定位于多媒體IP 業(yè)務。4G 將移動通信推向更大的帶寬，物理層采用OFDM-MIMO 技術，極大地提高了頻譜效率，使數(shù)據(jù)通信速率有了質的提高。

　　核心網演進為全IP 網絡，使用IPv6 提供了海量的IP 地址，同時提供了4 種QoS 水平，滿足不同業(yè)務的服務需求，系統(tǒng)容量更大，功能更強。4G 的最大特點是能夠在任何地方提供互聯(lián)網的寬帶接入， 同時提供信息通信之外的定時定位、數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。

　　因此，研究3G 和4G 無線通信技術在新一代ICT 網絡模式中的應用， 將無線通信接入和電力通信網絡進行統(tǒng)一規(guī)劃， 充分考慮電力業(yè)務和信息化發(fā)展的需求，使無線通信技術更好地服務于電力系統(tǒng)，具有重要意義。

　　1. 3G 和4G 技術研究與應用的進展

　　4G 移動通信系統(tǒng)是目前移動通信領域的研究熱點，雖然3G 移動通信系統(tǒng)比以往的移動網絡有巨大的進步，但是離目前用戶對移動通信系統(tǒng)的期望仍有差距。所以，世界各地都展開了4G的研究和討論。在中國，China 4G WORLD 于2009 年5 月13-14日在北京召開，會議內容包括LTE（Long Term Evolution，長期演進），VoLTE和Mobile Backhaul，研討中LTE備受關注。LTE是未來主流的移動通信技術，LTE R8 標準已于2009 年3 月完全凍結，意味著LTE 正式進入商用化研發(fā)的倒計時，完全能夠滿足2010年商用的需要?；贚TE -Advanced 的研究已經在3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）進行，3GPP 已經向ITU 提交了基于LTE 演進的4G 候選技術的初稿，2011 年初將會提交完整版本和自評估報告。

　　4G 通信技術與3G 及現(xiàn)有通信技術相比，具有通信速度更快、網絡頻譜更寬、智能性更高、終端兼容性更好等優(yōu)點。部分國內外專家認為，為了實現(xiàn)4G 移動通信，在無線接入網絡、核心網和終端技術方面都需要進行深刻的變革。

　　目前關于4G 的研究很多，如多址方案、調制與編碼、智能天線技術等，但基于電力系統(tǒng)的應用研究相對比較薄弱， 而4G 技術在電力信息系統(tǒng)中的理論及應用研究正是一個能帶來可觀的經濟效益和社會效益的領域。

　　2. 3G 和4G 無線通信技術在電力ICT 網絡中的應用

　　2.1 應急通信

　　在發(fā)生災難、事故等緊急情況下，需要啟動應急通信系統(tǒng)建立事故現(xiàn)場的通信。應急通信系統(tǒng)的架構如圖1 所示。

圖1 應急通信系統(tǒng)

應急通信指揮車是現(xiàn)場通信的核心，與PDA、手提電腦、單兵視頻采集等終端采用4G 寬帶無線技術進行通信，與指揮中心通過衛(wèi)星、光纖或微波鏈路建立連接。

　　單兵視頻采集終端通過無線方式將現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)傳送到應急通信指揮車，PDA、智能手機、手提電腦等終端通過無線接入到應急通信指揮車進行通信，這都需要大量的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)采用OFDM作為無線通信技術，同時結合MIMO，在發(fā)端和收端配備多個天線，利用空間分集和復用，提高信道容量。由于子載波間相互正交，接收端可采用相關技術將子信道的信息分開，子信道之間的相互干擾很小。OFDM 的抗頻率選擇性衰落和抗多徑效應等性能優(yōu)異， 能在惡劣的地理環(huán)境中提供高質量的通信。被視為準4G 技術的LTE，其系統(tǒng)傳輸帶寬可在1.5~20 MHz 范圍內靈活配置，峰值傳輸速率上行可達50 Mbit/s，下行達到100 Mbit/s；LTE-Advanced 系統(tǒng)帶寬設計為100 MHz， 考慮的峰值速率上行達500 Mbit/s，下行達1 Gbit/s.利用這樣的數(shù)據(jù)速率，單兵視頻采集終端能夠向應急通信指揮車回傳清晰的現(xiàn)場視頻和圖像數(shù)據(jù)，PDA、寬帶手機等終端也能夠進行高速的數(shù)據(jù)上傳/下載和通信。

　　2.2 配電自動化

　　3G 和4G 應用于配電網具有許多優(yōu)勢，其覆蓋面廣，適合分布廣泛的配電網終端監(jiān)測點的接入需求。3G 和4G 都是雙向通信系統(tǒng)，支持數(shù)據(jù)的雙向傳輸。3G在低速環(huán)境下的通信速率在2 Mbit/s以上，4G 的通信速率與3G 相比，達到上行50 Mbit/s、下行100 Mbit/s以上。這樣高的數(shù)據(jù)傳輸速率，完全能夠滿足配電網自動化的信息傳輸要求。以4G為例， 移動通信系統(tǒng)應用于配電自動化系統(tǒng)的組網方式，如圖2 所示。

圖2 4G應用于配電自動化系統(tǒng)

4G 采用更趨于扁平化的網絡架構，取消了3G 中的RNC 節(jié)點， 僅由eNB組成。這種扁平化的網絡架構帶來的好處是降低了呼叫建立時延及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時延。無線接入終端從駐留狀態(tài)轉換到激活狀態(tài)的時延在100 ms 以內，數(shù)據(jù)傳輸時延在10 ms 以內，完全能夠滿足配電自動化要求的響應時間和數(shù)據(jù)傳送時間。

　　在保證傳輸數(shù)據(jù)可靠性方面，3G 和4G 均使用了HARQ （Hybrid Automatic Repeat Request，混合自動重傳）進行鏈路差錯控制。HARQ 同時使用FEC （Forward Error Correction，前向糾錯）和ARQ（Automatic Repeat Request，自動重傳）技術，保證了數(shù)據(jù)吞吐量和可靠性。同時，3G 和4G 系統(tǒng)對用戶均有認證機制，對傳輸數(shù)據(jù)均進行加密處理，以保證服務于配網自動化系統(tǒng)的可靠性。

　　2.3 無線視頻接入

　　視頻信息具有數(shù)據(jù)量大、對錯誤敏感、壓縮算法復雜等特點。無線信道帶寬有限，由于干擾、多徑效應等原因造成誤碼率高，且無線視頻接入的終端一般是便攜的，功率受限，無法進行復雜的壓縮變換算法，這些都給無線視頻接入帶來了挑戰(zhàn)。

　　視頻壓縮標準的數(shù)據(jù)速率以及2G 和3G 數(shù)據(jù)傳輸速率分別見表1 和表2 所列。

表1 視頻壓縮標準的數(shù)據(jù)速率