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摘要：文章设计了一种依据分时长期演进(TDTLE)的电力通信系统，可向电力应急控制基站提供现场音视频数据，为电力通信的顺利进行提供有效的高带宽通道。系统采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统总控制器，实现通信系统和电力系统之间数据交互；将应急通信车作为信号中继使用;工作人员步行将无线单兵设备带到应急现场，利用功放与天线将采集到的数据发送至应急通信车;采用ADC0809芯片同AT89C51单片机的中断连接方式，完成电力数据的A/D转换;通过PL3150智能收发器与耦合电路的连接，在收发电路中融入外接程序存储器保存数据组成收发器单元，实现电力数据的接收与发送。
关键词：TD-TLE;电力通信;电网
1系统设计
1.1新型电力无线宽带
TD-LTE是依据TDD的LTE技术，是一种处理非对称频谱的方法。到2011年1月为止，世界很多国家的运营商均采用LET商用网络，同时，随着科技发展，越来越多的LET网络将实现商用。TD-LET在2010年底迅速发展，和FDD-LTE之间的差距越来越小。TD-LTE作为我国新一代宽带无线通信网技术，已经成为我国重大科技专项，政府、研究机构以及相关商人均对其赋予极高的关注及支持。国家电网对此设立专项，推进配用电通信网络的快速发展。
图1系统总体结构图
1.2基于TD-LTD的系统架构
当前使用的变电站均已实现光传输网络的覆盖，在变电站设置TD-LTE无线收发基站，接收信号并将数据传至传输网。电力通讯系统的设计原理如图1所示，本文系统主要包括主控制器、数模、模数电路、收发器电路、单兵系统、应急通信车以及基于TD-LTE的电力通信模块。
1.3系统硬件设计
1.3.1应急通信车硬件组成
应急通信车具有机动灵活性，作为信号中继使用。应急通信车是由具有越野性能的车辆改装的，其具有很高的密封保温以及隔热性能，密封门和馈线孔洞等需具有防雨、防尘功能，而外壳需具有防水、防震、防电磁干扰、防雷等功能。
应急指挥车硬件组成可用图2进行描述，每个模块的功能如下所述:中频处理模块是一体化设备，能够有效实现LTE网络基站设备与核心网设备的功能;射频拉远模块属于分布式基站的射频模块，其安装方式包括抱杆、挂墙以及立架，也可靠近天线安装，不仅能够减少馈线使用长以及信号损耗，而且可以增强系统覆盖容量。其主要负责基带信号与射频信号的调制解调、数据处理、功率放大以及驻波检测等;车载天线主要用于车载LTE设备静中通、动中通射频信号的接收与发送;数据交换设备采用工业级交换机，主要负责完成单站设备之间的信息传递;调度设备可实现语音、视频调度功能，用户可通过调度设备完成单呼、组播等语音通信操作，调度台还可实现强插、强拆、监听、禁话、转接、代答等调度操作，并且给出可视化图形调度界面。
1.3.2单兵设备硬件组成
当车辆不能到达指定地点时，工作人员可步行将无线单兵设备带到应急现场，对获取的音视频数据进行编码和调整之后，利用功放与天线将其发送至应急通信车。如图3所示，单兵装备通常包括系统电源(电池)、LTE天线、音视频采集、耳机以及信号处理单元等。
1.3.3主控制器的选择
采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统总控制器，主要负责通信系统和电力系统之间数据的交互，其是8位微处理器，内部集成4KBFPEＲOM存储器，能够循环过滤100次只读存储器。系统收集终端的主处理器为AT89C51ID2，内部集成了4KB的Flash存储器。采用美国Echelon公司生产的PL3150智能收发器并集成少量外部元件和应用电路构成收发器单元。
图2应急指挥车构成
图3单兵设备硬件组成 图4主控制器硬件结构
1.3.4数模、模数电路的设计
DAC0832芯片与AT89C51单片机的连接电路，在实际应用时，如果存在一路模拟量输出或多路模拟量不需要同时输出的情况，数模转换芯片同AT89C51单片机的连接途径为单缓冲，此时将二级寄存器控制信号融合，输入数据在控制信号的作用下，直接打入8位DAC寄存器中并进入8位D/A转换器进行D/A转换。
ADC0809芯片同AT89C51的连接电路，ADC0809芯片同AT89C51单片机有查询和中断两种连接方式，本文采用中断方式进行连接，完成A/D转换。
1.3.5收发器电路设计
采用PL3150智能收发器与耦合电路连接，在收发电路中融入外接程序存储器保存数据组成收发器单元，实现数据的接收与发送。结构用图5描述。
2系统软件设计
设计主体部分由硬件实现，软件部分的工作主要为硬件初始化和电力通信结果的显示与识别。主程序流程图用图6进行描述。
3实验分析
为了验证本文系统的有效性，需要进行相关的实验分析。采用AＲM-linux-toolchains工具链完成对通信程序的交叉编译，将采集到的信息发送至基于TD-LTE的电力通信系统的硬件平台上。
分别采用本文系统和传统系统对每组数据进行10次传输，求出平均传送时间，获取平均传送速度。测试结果用表1进行描述。分析表1可知，与传统系统相比，本文系统工作更加稳定，未出现数据丢失的情况，最高传送速度可达702．4KBps，能够满足电力通信的一般要求。
经大量研究表明，电力通信系统的频带利用率和正交脉冲波形个数的关系符合下式:(η=8N/(4N+1))，也就是当正交脉冲波形数量逐渐增加时，频带利用率将无限趋近于奈奎斯特速率2bit/s•Hz-1。图7描述的是采用本文方法和传统方法频带利用率的比较结果。
图7频带利用率比较
分析图7可以看出，本文系统传输路数为20时，系统的频带利用率即达1．726bit/s•Hz-1，而传统系统传输路数为40时，才仅达到1．482bit/s•Hz-1的频带利用率。所以，本文系统的频带利用率升高速度明显大于传统系统，能够快速接近奈奎斯特速率2bit/s•Hz-1。
4结语
基于当前电力系统的通信资源，设计了一种依据分时长期演进(TD-TLE)的电力通信系统，可向电力应急控制基站提供现场音视频数据，为电力通信的顺利进行提供有效的高带宽通道。系统采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统总控制器，实现通信系统和电力系统之间数据的交互;将应急通信车作为信号中继使用，通过灵活的通信通道规划使电力通信系统的容量达到最大化;工作人员步行将无线单兵设备带到应急现场，利用功放与天线将采集到的数据发送至应急通信车，确保TD-LTE电力通信系统的长距离传输;通过PL3150智能收发器与耦合电路的连接，在收发电路中融入外接程序存储器保存数据组成收发器单元，实现电力数据的接收与发送，提高电力通信的移动通信能力，满足电网通信的即时性要求。实验结果表明，所提系统具有很高的适用性。
参考文献:
[1]曹永峰，吴立文，李志峰，等．电力无线应急通信网络的方案及安全性研究［J］．电信网技术，2012，7(7):86-90．
[2]孙建平，林长锥．基于TD-LTE的智能配电网终端通信技术研究［J］．电力系统通信，2012，33(7):80-83
论文作者:郑连庆,杨静
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/12
标签：系统论文; 数据论文; 通信论文; 电力论文; 频带论文; 电路论文; 通信系统论文; 《基层建设》2016年11期论文;