肇悦 杨波 左颖 王丹 于杨 祝伟栋
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摘要:本文介绍了5G移动通信的技术特点，探讨了5G移动通信在电力系统中的应用前景。具体分析5G移动通信技术高带宽、定向性比较好的特点，在电力系统特定环境中的用途。5G网络结合电力系统中设备众多，专用网络要求高，需要带宽高的特点，开展应用建设，实现变电站、线路杆塔、线路无人机、变电站机器人、配电自动化等电力设备通信全覆盖，最终实现5G移动通信环境下电力系统全部设备物联网建设。该网络建设完成之后，可以极大方便电力系统各个专业运行维护，提高检修、巡视效率。
关键词:5G通信；电力通信网；MIMO；高带宽；波束成形
一、引言
目前，智能手机采用了最新通信标准LET，最大传输速度为每秒150Mb左右，1000M等于1G，所以，传输速度为每秒0.15Gb。也就是说在5G时代，传输速度将在LTE时代的基础上提高60多倍，进入超高速时代。高频传输是提高无线通信速度的方法之一。频率越高，可用于通信的频率范围（带宽）就越宽，信道容量就越大，一次传输的信息量就越大。也就是说，传输速度越快。一般来说电波的带宽越宽，通信速度越快，通信标准每升级一代，带宽就变宽一些。现在4G移动终端的LTE带宽的为20MHz。而且，多部移动终端同时通信的机制也随着标准的更新换代而变得越发高效。而且随着调制解调机制的越来越先进，电波每次携带的信息量也在不断增多。为了实现每秒10Gb的通信目标，100M~1000M（1G）Hz的带宽必不可少。但根据现在已经进行的分配情况，在无线通信所使用的频率范围内（700M~2GHz）已经没有这么宽的带宽。因为该范围的电波已被分配一空，并严格规定好了用途。
除了移动终端，还广泛用于电视广播、航空无线通信、卫星通信、射电天文学等。因此5G通信只能使用无线通信迄今从未使用过的高频电波，具体来说使用3.5GHz或者10GHz的频带。不过电波的频率越高，传输距离越短，远距离传输越难。而且高频电波的直线性能比较好，不容易发生衍射，遇到障碍物容易被阻挡。也就是说，虽然高频电波的通信速度较快，但是，其本身很难用作手机的电波。因此有必要进一步提高现有技术，应用大规模MIMO技术的天线是解决办法。
二、5G移动通信系统的关键技术分析
2.1无线传输技术
5G移动通信系统中的无线传输技术包括大规模MIMO的无线传输技术、基于滤波器组的多载波技术以及全双工技术等。其中，大规模MIMO技术是在2010年由Marzetta首先提出的，这一技术较于现行的MIMO技术的最大优势在于其具有更高的技术分辨率，基于其这一特点能够实现空间维度资源的充分开发，从而实现在不增加基站密度和带宽的前提下，有效的提升波谱频率。除此之外其还具有能将波束集中在较窄的范围内的特点，基于此能够有效的降低干扰。为了达到高数据速率的要求，5G通信系统需要1GHz的带宽，这是OFDM技术不能够满足的，而基于滤波器组的多载波能够有效的利用零散的波谱资源，这使其能够满足5G移动通信的要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆全双工技术是一种满足同时、同频的双向通信的技术，这使其能够更加充分有效的利用波普资源，目前全双工技术已经成为了研究的重点。
2.2无线网络技术
（1）超密集异构网络技术。这种技术具有网络密集程度高的特点，这使网络节点和终端之间的距离更近，因此可以实现频谱效率以及功率的提升，不仅能够促进网络系统容量的提升，在促进其系统灵活性提升方面也具有十分重要的作用。但是由于受到节点之间距离减少的影响，也导致了一些问题的出现，需要对此技术进行进一步的改进来解决。（2）自组织网络技术。自组织网络技术通过在网络中引入自我配置、自我优化等来有效减少网络系统中人工干预的技术。通过这一技术能够有效的减少人力和物力地投入，并且能够更好的满足用户的需求。（3）内容分发网络。内容分发网络能够有效的促进互联网质量的提升，在通常情况下，互联网上的内容都是通过提供商来发布的，随着访问量的迅速增加，服务器的负载不断增加，极易出现高负载的问题，导致网络拥堵，造成网络响应的速度非常慢，影响用户的使用。通过应用内容分发网络，使用缓存服务器，将其分布在较为集中的区域，此时根据网络流量和节点之间的连接关系，可以使用户就近的获取相关信息，缓解负载压力，提升网站的响应速度。
2.3 MIMO技术
MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出）是使用多个天线来发射和接收电波的技术。大规模MIMO技术是实现5G的核心技术之一，它利用几十到几百个天线的连动，仅向特定方向发射波束。大规模MIMO是实现高频电波应用的一种技术。通过波束成形技术奖信号非常强的电波发送给移动终端。一般来说5G需要使用比现在频率更高的电波。不过，电波频率越高，则传输距离越短（易损耗）。由于大规模MIMO技术能够向特定方向发射电磁波，所以可以弥补高频信号抵达移动终端之前的损耗。尽管大规模MIMO被视为5G通信的核心技术，但是它仍然无法弥补高频电波的自身缺陷——衍射困难，不容易道道建筑物背面，容易形成盲区。所以可以设置更多的基站，或者兼用低频电波（容易到达）等措施，可以减少信号盲区。此外，5G网络要想真正达到每秒10Gb的通信速度，就必须进一步改进调制方式，并改进向多个用户分配基站通信能力的机制。而且研发能够接受高频电波的新一代手机。
三、电力系统应用前景
3.1定向波束
与4G不同的是，4G是利用天线在大范围内发射同样的电波来传输信号。而5G是利用波束成形技术，使得正在通话的移动终端可以指向一个非常狭小的范围精准地定向发送信号。也就是说，移动终端不会受到与自己通信无关的多余电波，因此能极大的改善通信环境。定向性波束非常适合分布得当的配电自动化站点和变电站的通信。
3.2高带宽的实际应用价值
如果下一代超高速无线通信得以普及，拥有通信的不仅局限于变电站，只要是涉及电力自动化的设备都可以涵盖，到时候一个崭新的科学管理的是带即将到带，输电专业的无人机，变电站及配电站的巡视机器人都可以通过电力5G无线通信接入。以输电专业无人机为例，将不间断发送几首自己所处位置及周边环境的信息，或者将杆塔情况传输至调度控制中心。电力5G高速通信实现后，配备着GPS的传感器的智能移动终端，可以及时查看现在设备的各种运行状况和参数，及时发送和接受影像之类的大量数据。此外还可以通信光缆资源移植在手持终端系统内，利用定位功能，实现在地图上实现故障点精确地位，从而大大缩短寻找故障点的时间。
四、结束语
综上所述，在未来5G通信网的的推广，在移动公网中的需要大规模建设5G基站的难题，恰巧非常适合现有电力系统网络的规模，结合配电自动化站点分布密集和变电站均匀分布的特点，将极大改善电力通信网的资源。丰富的信道带宽会为电力系统各专业电力根据设备按空间分布的特点并入网络，最终实现电力系统物联网。
参考文献：
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论文作者:肇悦,杨波,左颖,王丹,于杨,祝伟栋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/12
标签：技术论文; 通信论文; 电波论文; 终端论文; 波束论文; 带宽论文; 高频电波论文; 《防护工程》2018年第18期论文;