摘要：WiMAX具有容量大、可靠性高、传输距离长等特点，在电力系统通信中有一定的应用潜力。文章从物理层、链路层、大覆盖范围、QoS性能等4个方面，对WiMAX的技术展开分析，并结合电力行业的特点，阐述了WiMAX在无线城域网、变电站接入备用通信方式、应急通信、配网自动化等方面的应用，表明了WiMAX可以作为下一代宽带无限接入技术应用于未来的电力系统通信。
关键词：全球微波接入互操作标准；IEEE802．16；正交频分复用；城域网
随着电力系统信息化程度的提高，电力生产管理业务种类越来越多，流量越来越大，资源的共享及各业务系统之间的交叉与融合形成了若干新型的增值业务。信息化产业和多媒体技术的飞速发展，使得通信业务(电话、数据)逐渐向视频、多媒体等宽带业务发展，必然要求有一个高速宽带的通信网络来支撑。因此，城域网的建设成了电力系统通信的发展热点。
WiMAX突破了现有无线宽带的障碍，传输距离能达到50km，并能在20MHz信道带宽下，支持高达75Mbit／s的数据传输速率。本文介绍了WiMAX技术的特点，分析了该技术在电力系统通信的应用，说明了WiMAX在实现接入城域网方面的优势。
1WiMAX技术特点
1．1物理层
IEEE802．16标准支持自适应式调制，具有带宽动态分配能力，基站可以根据信号的强弱在吞吐量和覆盖范围之间进行权衡，在网络负荷大的情况下，能够重复使用频率，增加蜂窝小区容量。为了提高小区和频谱的利用率，该标准支持自动调节传输功率和质量，减少系统内部和系统问干扰。当用户数量增加时，能够通过把蜂窝区分成扇区来重新分配频率。
WiMAX支持单载波(Single Carrier)、OFDM、正交频分多址(OFDMA)3种载波调制模式。其中，单载波调制主要用于10—60GHz频段，无线信号在该频段必须视距传播；OFDM和OFDMA方式则用在2～11GHz频段，信号在该频段可以实现非视距传输，能抵抗室外视距在非视距环境下的多径效应，有效地减少多径传播所造成的符号间干扰。由于各子载波之间是完全正交的，所以各个子载波所传输的频谱可以相互重叠，不必预留保护频带。OFDM和OFDMA方式能高效地利用频谱，有利于抵抗多径干扰、衰落或窄带干扰。物理层采用时分多址(TDMA)方式，能同时容纳频分复用(FDD)和时分复用(TDD)双工模式，MAC层能按不同需求分配地址，实现QoS、不同等级服务和带宽动态分配。
1.2链路层
在室外远距离传送过程中应用WiMAX技术时，无线信道的衰落非常显著，在质量不稳定的无线信道上使用TCP／IP，效率很低，因为TCP／IP其中一个特点是对信道质量要求很高。WiMAX技术在链路层增加了自动重复请求(ARQ)机制，具有自适应帧结构和自适应导频插入功能，并在链路层采用射频突发信号自适应调制和可变纠错编码技术，减少到达网络层的信息差错，大大提高了可靠性。同时，WiMAX采用天线阵、天线极化等天线分集技术来应对阻挡视距(OLOS)和非视距(NLOS)造成的深衰落，抑制干扰，提高系统增益。
1.3覆盖范围
WiMAX是通过OFDM技术保证在各种传播环境(视距、近视距和非视距)，甚至是最恶劣的环境下，都能获得最优的传播性能。OFDM调制方式在2～40km的距离内，有很高的频谱利用率，信道带宽可根据需求在1．5～20MHz范围内进行调整，在一个射频信道内达到70Mbit／s。网状网的拓扑结构、动态频率选择(DFS)、天线技术(空时编码STC、天线分集)也能改进覆盖范围H1。OFDM在无线宽带接人技术中，最突出的特点是支持长距离传输、减少反射带来的多径效应。
1.4QoS
WiMAX的QoS是基于同意／请求协议接入媒体的，可提供固定带宽(CBR，Constant Bit Rate)、承诺带宽(CIR，Committed Rate)、尽力而为(BE，Best Effort)3种服务等级的服务。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该协议在下行链路采用TDM数据，上行链路采用TDMA，具有自适应帧结构和自适应导频插入功能，上下行带宽比率可调。通过集中调度方式，来管理如话音和视频等对时延敏感的业务，也可以按用户需求灵活地分配传输带宽，在满足QoS要求的前提下，尽可能地提高资源的利用率。
由于确保数据在信道内无碰撞传输，IEEE802．16改善了频谱利用率，并控制了数据传输时延。TDM／TDMA接入技术更容易支持组播和广播。
2WiMAX在电力系统通信的应用
基于WiMAX的技术特点及优势，结合电力系统通信的特点分析，WiMAX的主要应用将集中在为电力系统无线城域网、变电站接人备用通信方式、应急通信、配网自动化等提供宽带和高速的无线接人方式。
2.1为电力城域网提供变电站和供电局接入
根据电力营销系统等业务需要覆盖到营业所的需求，电力城域网需覆盖到所有营业所、配营部，由于电力系统的光缆建设主要依托于高压输电线路，光缆主要覆盖110kV以上变电站，营业所通常接入最靠近的110kV或35kV变电站，距离通常在10km以内，若要每一个营业所接入和就近接入的变电站都实现光纤化，成本是很高的。WiMAX技术可以利用无线方式为各营业所开通IP宽带接入服务，接人就近的变电站或供电局，还能为日后的VoIP、视频等业务建立良好的平台。
2．2变电站接入备用通信方式
随着变电站综合自动化的大规模应用，大部分变电站已实现无人值守，110kV以上变电站及电厂要求具有2种独立的通信方式，对于末端厂站，可以考虑建设1条光缆至对侧变电站，同时，WiMAX技术可以为末端变电站提供高速无线接入，满足调度、远动、继保信息等数据在2种独立通信方式下的稳定、可靠传输。由于输变电线路杆塔承重有限等各种原因，在不能架设光缆或者光缆芯数不够的情况下，可以采用WiMAX技术作为补充。
2.3配网自动化
目前大客户用电量信息采集点多租用联通、移动的CDMA、GPRS链路进行连接，利用WiMAX技术可以通过智能电表采集大客户用电量、故障定位等信息，通过将采集点直接无线接入城域网，可实现采集点至调度中心的数据传输。
2.4应急通信
在发生自然灾害，对输变电线路和通信条件产生严重破坏时，WiMAX技术能够快速建立接入点，满足大数据量的宽带接入服务，能在最短时间内恢复IP电话和视频会议系统。WiMAX技术作为应急通信的好处在于，能解决光纤、微波、卫星等通信技术无法完成的高速率通信问题，而且具有带宽、地点不受限等优点。
2.5存在问题
目前，WiMAX主要还是采用“最后1km”接入的无线城域网标准，对于无线系统，最为关键的是频率问题，频率资源的多少及分配方式将直接决定无线系统的规模和容量。同时，WiMAX技术和设备还未成熟，未能达到商用的水平。可是待达到商用水平后，能否兴建基于WiMAX技术的电力专用无线接入网络，该专网是否能与运营商的网络在频率资源和覆盖范围上实现“和平共处”，以及如何保障用户信息安全等，这些都是下一步有待探讨的问题。
WiMAX是新兴的宽带无线通信技术，其频谱利用率高、抗干扰能力强、通信可靠性高，在传输距离、传输速率、建设成本方面都是一个很理想的宽带无线接入解决方案。在电力系统中，WiMAX具备了在城域网接人层、电网配网自动化以及电网应急通信等领域的应用潜力。
参考文献：
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[3]高小能，郭大春．宽带无线接入技术WiMAX及其与Wi—Fi对比[J]．电信工程技术与标准化，2006，(2)：3I一34．
论文作者:张学东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/20
标签：技术论文; 通信论文; 变电站论文; 视距论文; 城域网论文; 营业所论文; 电力系统论文; 《基层建设》2018年第18期论文;