电力无线微波传输技术

~

一、无线通信技术概述

目前主流的无线传输技术可分为：高功耗、高速率的广域网传输技术（2G/3G/4G蜂窝通信技术、微波调制传输等）；低功耗、低速率的广域网传输技术（Lora、Sigfox、NB-IoT等）；高功耗、高速率的近距离传输技术（WIFI、蓝牙等）；低功耗、低速率的近距离传输技术（ZigBee）。

在以无人区输电线路视频回传为主要业务需求的场景下，窄带和近距离传输的物联网无线技术并不适用该场景。目前主流的无线视频监控技术有WLAN（无线局域网）、模拟微波调制技术、4G/5G移动物联网技术、卫星通信技术。各技术的特性分析如下：

（1）WLAN（无线局域网）

WLAN（无线局域网）与一般传统的以太网（Ethernet）的概念并没有多大的差异，只是将以太网的线路传输部分（普通网卡--五类线--普通HUB）转变成无线传输形式（无线网卡--微波—AP，AP可理解为无线HUB），也可以说是双向通讯的数字微波通信。

（2）模拟微波调制技术

模拟微波调制技术是将视频信号直接调制在微波的通道上，通过天线发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，再通过微波接收机解调出原来的视频信号。此种监控方式没有压缩损耗，几乎不会产生延时，因此可以保证视频质量，但其只适合点对点单路传输，不适合规模部署，此外因没有调制校准过程，抗干扰性差，在无线信号环境复杂的情况下几乎不可以使用。

（3）4G/5G移动物联网技术

利用运营商提供的4G/5G无线移动网络，可实现视频图像高质量地传输。

（4）卫星通信技术

依靠传统的通信卫星或高通量卫星技术，视频终端通过卫星传输通道实现点对点的通信。

各类无线视频监控技术的优缺点可归纳如下：

二、技术分析

为实现无人区输电线线路视频监控、在线监测等业务信息回传，可采用WLAN（无线局域网）、卫星通信技术等。

（一）WLAN（无线局域网）

目前，Mesh组网和WDS组网均能实现两个无线接入节点之间的无线链路通信，实现无线网络的扩展，可广泛应用于无线视频监控回传网络中，各组网特性分析如下：

（1）WDS组网

WDS组网通过无线网桥连接两个独立的局域网段。WDS组网结构包含点对点、点对多点。

目前无线网桥设备可实现点对点10km以上的远距离传输，实际数据吞吐量不低于200Mbps，整机功率小于20W。在整个组网中无线网桥根据节点作用的不同可实现不同的工作模式：在覆盖场景下支持AP（基站）工作模式、在接入场景下支持CPE（客户端）工作模式、在回传场景下支持WDS工作模式。

（2）Mesh组网

图1 典型Mesh组网架构

在Mesh网络中,如果某个节点的AP发生故障,它可以重新再选择一个AP进行通信,数据仍然可以高速地到达目的地，可以有效避免单点故障，所以Mesh网络比WDS网络更加稳定。

Mesh组网虽然便捷灵活，但整体链路带宽较低并且开销较大，在链路较长、跳接数量较多的情况下无法保障数据的正常传输。

（3）Mesh组网与WDS组网的对比

（二）卫星通信技术

国内卫星通信主要采用传统的Ku卫星和高通量通信卫星，其中高通量通信卫星主要是位于地球同步轨道的中星16号卫星、亚太6D卫星。目前中星16号卫星已实现商用，亚太6D卫星还处在在轨试运行阶段。“中星16号”卫星单站下载和回传速率最高可达150Mbps和12Mbps，单站整机功率约为40W左右。

由于卫星远端站最大回传速率较低、“南山效应”、功耗较高等问题制约了其在输电线路视频回传业务的广泛应用。但卫星远端站可作为无线回传网络上监测点零星补点的手段，也可结合Wi-Fi桥接技术，在输电线路或变电站巡检、应急救援时提供近程的通信覆盖，并且可配置COFDM图传设备将无人机自主巡检时视频画面通过卫星通道实现实时回传。

三、应用场景

按照某输电线路无网络覆盖的情况，可分为以下两种场景进行监控信号回传方案的设计：

场景一：整条输电线路无网络覆盖的区域零散、无网络覆盖区间范围较短。无网络覆盖区域可通过Mesh组网或WDS组网搭建的无线链路将业务信息汇聚至具备运营商信号的电力铁塔，通过4G CPE设备接入运营商电力无线专网APN通道回传至监控中心。

图2 场景一组网架构（示例）

场景二：输电线路无网络覆盖区域较广。无网络覆盖区域通过Mesh组网或WDS组网搭建的无线链路将业务信息直接回传至就近变电站（就近变电站是指据输电线路较近的变电站）。但其能够实现的网络覆盖距离会受制于设备的带宽、组网主链路跳接次数等，需根据实际的变电站两站之间的距离、需观察的点位数量等做进一步的业务模型分析。

图3 场景二组网架构（示例）

对于Mesh组网或WDS组网架构的选择需根据实际输电线路沿线观测点数量和点位位置进行部署，总体组网拓扑为主链路采用（汇聚节点间）多跳接力（桥接）的方式，汇聚节点采用点对多点实现近程覆盖。而因延时或受带宽限制使得采用上述两种组网架构的最优化情况下仍然存在无法回传的监测点位，可采用卫星通信技术作为补点的手段，从而实现输电线路无网络覆盖区域监测点位监控信息的回传。

四、无线传输拓扑图

图4 单链路多跳桥接传输拓扑图

在户外电力铁塔间无遮挡情况下，可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路，传输各种视频信号。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。

图5 点对多点桥接传输拓扑图

在户外电力铁塔间无遮挡情况下，前端的两个或多个铁塔可通过点对多点方式将采集的信息传输到一个铁塔上，然后再通过网桥间多跳桥接方式构建的传输链路将汇总的信息回传。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。

图6 桥接加mesh组网传输拓扑图

在户外电力铁塔间无遮挡情况下，可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路，传输各种视频信号。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。当其中三个或多个铁塔间均无遮挡时，可设置mesh组网，增强链路抗毁性，保证链路可靠性。

图7 多链路多跳桥接传输拓扑图

在户外电力铁塔间有遮挡情况下，部分无遮挡铁塔间可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路，传输各种视频信号，有遮挡的铁塔无法直接回传时，可根据现场情况选择附近其他铁塔进行回传。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备（三模设备），该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号，第三个模块可用来做无线覆盖，当检修时，现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。

---

绵阳市13135097759： 微波是怎样传电的 - ？
寇逃威灵： 根据科学家构想,未来的无线电力传输系统将解决电力生产和输送两大问题.首先,他们计划将50千米宽的太阳能板安装在月球上或在地球太空轨道上飞行,由于这时的太阳能板不像在地球上那样受空中云彩、大气尘埃以及白昼交替的影响,因...

绵阳市13135097759： 特斯拉的无线输电技术原理是怎样的? - ？
寇逃威灵： 特斯拉的无线输电技术原理是将地球看作导体,让低频电磁辐射在其中形成共振,另外利用低空大气层传输一部分能量,并结合高空大气层形成回路. 1889年特斯拉发明了「无线输电方法」,他在美国科罗拉多泉(Colorado Spring)建设实验...

绵阳市13135097759： 无线微波传输的介绍 - ？
寇逃威灵： 波是指频率超过1GHz的电磁波,波长范围在毫米~厘米数量级,其波长比普通无线电波更短.无线微波传输类似光线直线传输,是一种视距范围内的接力传输.有视距范围内的直线传输和多径传输的特点,无线微波传输分为:模拟微波传输和数字微波传输.

绵阳市13135097759： 电力无线传输的原理是怎么样的? - ？
寇逃威灵： 无线电力协会今日表示,希望能在不久的将来将＂无线电力传输＂建立一个标准,让所有的便携式设备都具备无线电力传输的功能,可以方便的对便携式设备进行充电过程.以后用户也许只要将移动设备对准某个接触板,就可以方面的进行充电了...

绵阳市13135097759： 电力系统中运用的无线通信技术有哪些? - ？
寇逃威灵： 较早的电力系统专用无线通信主要有电力载波,扩频,特高频,微波,随着光纤通信技术的发展,无线通信技术已经逐步退出了电力专网通信,现在还在用的只有少量的在电量采集和配网自动化中使用的GPRS,超短波通信也少量应用于通信应急通信中.

绵阳市13135097759： 有没有哪个知道什么是无线输电?？
寇逃威灵： 无线输电技术是一种利用无线电技术传输电力能量的技术,目前尚在实验阶段.技术上,无线输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别.但是前者着眼于传输能量,而非附载于能量之上的信息.无线输电技术的最大困难在于...

绵阳市13135097759： 电能的无线传输问题 - ？
寇逃威灵： 电能的无线传输目前还不能.尽管广播和电视可用无线传播,但效率很低.一般的效率只有百分之三十.而且发射和接收设备复杂.大功率器件制造困难.如用无线传播电能还不现实.

绵阳市13135097759： 如何实现电 无线传输?？
寇逃威灵： 1.电流,是指电荷的定向移动.要实现无线传导,则无法存在电荷,则就不能以电流的方式传导 2.那么电磁波是很好的选择,可是不是什么电磁波都可以呢?回答为不是. 波动性太明显电磁波的能量就越发散的向四面八方分开散去, 因为衍射...

绵阳市13135097759： 无线电源技术的原理 - ？
寇逃威灵： 无线电源技术是一种利用无线电传输电力能量的技术,它要求传输效率尽可能高,传输功率尽可能大,这样才能满足对电力的需求.其研究应用领域涉及广泛,传输功率相差较大,小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备几十瓦功率,大到电动...

绵阳市13135097759： 无线电力传输所运用的物理技术 - ？
寇逃威灵： 3.无线电力传输的基本原理3.1电磁感应——短程传输3.2电磁耦合共振——中程传输3.3微波/激光——远程传输