由于能夠使供配電管理單位節(jié)省運行人員、降低運行成本、提高運行可靠性以及改善服務(wù)質(zhì)量、提高工作效率，供配電自動化控制技術(shù)已成為當(dāng)今保障電網(wǎng)安全運行的重要技術(shù)手段。供配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)是運用自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、電力技術(shù)、通信技術(shù)等手段，對電網(wǎng)進(jìn)行實時的智能化監(jiān)視與控制，使電網(wǎng)始終處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的運行狀態(tài)。其最終目的是為了提高供電可靠性和供電質(zhì)量，縮短事故處理時間，減少停電范圍，改善傳統(tǒng)的被動管理局面，提高整個供配電系統(tǒng)的管理水平和工作效率。通信是供配電監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要組成部分，在其中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，它承擔(dān)著監(jiān)控中心與各個變電站RTU（Remote　Teminal　Unit，站內(nèi)遠(yuǎn)方終端）之間的數(shù)據(jù)傳輸、命令發(fā)布等任務(wù)。

　　通信技術(shù)的可靠性高低、抗干擾性強弱、是否便于運行和維護(hù)也成為供配電監(jiān)控系統(tǒng)能否成功的關(guān)鍵之一，這在機場供配電監(jiān)控系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為突出。

　　一、機場供電系統(tǒng)的特點以及由此引出的通信技術(shù)難題

　　1. 機場供電系統(tǒng)的特點

　　我國民用機場大都擁有一個較為完整的變電、配電系統(tǒng)，系統(tǒng)不但規(guī)模大、設(shè)備種類繁多，而且運行方式復(fù)雜、可靠性要求高。以北京首都國際機場為例，就擁有110／10kV總降壓站與35／10kV總降壓站各一座、10／0.4kV變電站60多座。變電站的數(shù)量多、分布廣、線路長，部分通訊導(dǎo)航臺位于機場場區(qū)以外，為其供電的變電站與監(jiān)控中心距離遠(yuǎn)的在十幾公里以上，給供電管理部門的運行管理帶來了極大困難。為了探討和研究在機場供配電系統(tǒng)中運用自動化技術(shù)實現(xiàn)監(jiān)控，1996年7月民航總局將研制開發(fā)首都機場供電自動化控制系統(tǒng)列為了1996年民航重大科技項目（編號MD.SE.1996.11）。

　　2. 機場供配電監(jiān)控系統(tǒng)的通信難題

　　由于機場的供配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成形，而歷史上機場建設(shè)時，有些距離遠(yuǎn)的變電站間未鋪設(shè)控制電纜或通信電纜，如果重新開溝鋪設(shè)，工程量大、工程造價高，機場圍界以外的變電站（如遠(yuǎn)臺等）還存在臨時占地問題，因此機場環(huán)境的特殊性決定了部分變電站不能使用有線通訊方式。載波通信因其造價高、不經(jīng)濟、抗干擾性差也不能算是一種較好的通信方式。因此只有無線通信方式作為首選方式。而機場的電磁環(huán)境復(fù)雜，在機場內(nèi)有多種無線通信設(shè)備，包括長波、中波、短波等各個頻段的電波，其中不少是用于空中指揮、通信導(dǎo)航以及工作對講聯(lián)絡(luò)，而如何解決系統(tǒng)的無線通信問題，成為了整個供配電監(jiān)控系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵問題。

　　二、擴頻通信的基本原理及特點

　　1. 擴頻通信的概念

　　頻譜是電信號在頻域中的描述。擴頻通信（SpreadSpectrumCommunication），即擴展頻譜通信，是通信的新進(jìn)展，它與光纖通信、衛(wèi)星通信一同被譽為信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。它是指將傳輸信息的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶信號，送人信道中傳輸，再利用相應(yīng)手段將其壓縮，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)。

　　擴頻通信的工作原理如圖1所示。

　　2. 擴頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)

　　按照信息論中的香農(nóng)（c.E.Shannon）信道容量公式，C=Wlog2（1+5／，v），公式中C為信通容量（極限傳輸速率），為信道帶寬，，v為噪聲功率，S為信號功率。該公式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸信號的信號噪聲功率比S／N下降時，可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬的辦法來保持信通容量C不變。對于任意給定的信號噪聲功率比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率。若以信號帶寬的百倍甚至上千倍的帶寬的信號來傳輸信號，即可實現(xiàn)在強干擾的條件下安全地進(jìn)行通信，這就是擴頻通信的基本思想。

　　3. 擴頻通信的特點

　　擴頻通信技術(shù)最初是為軍隊保密通信而發(fā)明的，后由于其具有許多獨特的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于計算機局域網(wǎng)互連、數(shù)據(jù)通信、圖像傳輸、電力系統(tǒng)、微波通信網(wǎng)等領(lǐng)域，其特點如下：

　　①可靠性高，誤碼率低（通常在10.以下）。

　　②通信容量大，擴頻通信使用碼分多址，其頻率利用率比單線載波高。

　?、郯踩Ｃ苄院?，擴頻系統(tǒng)可將信號淹沒在噪聲中，因此適合工作于變電站等噪聲較嚴(yán)重的地區(qū)。

　?、苣芸苟嘀馗蓴_，利用擴頻碼的相關(guān)特性，可有效抑制多重干擾。

　　⑤擴頻設(shè)備一般體積小、耗電低、發(fā)射功率小，價格相對便宜。

　?、藿ňW(wǎng)周期短，組網(wǎng)快速靈活，可根據(jù)需要組成點對點、點對多點的系統(tǒng)。

　　三、無線擴頻通信技術(shù)在首都機場供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1. 遠(yuǎn)方示范站的選擇與通信方式的確定

　　經(jīng)過討論與研究，我們決定研發(fā)項目的一期工程選擇5個各具特點的遠(yuǎn)方變電站進(jìn)行實時監(jiān)控。這5個遠(yuǎn)方站為首都機場35kV總降壓站、6#東跑道南燈光變電站、20#南路西里宿舍區(qū)變電站、25#發(fā)信臺變電站和78#機場配餐樓變電站。除6#站利用已有控制電纜采用有線通訊方式外，其余均決定采用無線擴頻通訊方式，在監(jiān)控中心裝設(shè)無線擴頻電臺和全向天線，在遠(yuǎn)方站裝設(shè)無線擴頻電臺和定向天線，采用點對多點全雙工通信。其中25#站位于機場場區(qū)以外，距離監(jiān)控中心約8km，周圍密布通信導(dǎo)航用的無線短波天線網(wǎng)陣。對無線擴頻設(shè)備的抗干擾性無疑是一場考驗。

　　2. 無線擴頻電臺的功能

　　無線擴頻電臺（SSWirelessModem）就是使用擴頻技術(shù)工作的，它可以實現(xiàn)點對點、點對多點的數(shù)據(jù)、話音、圖像傳輸，可全雙工運行。發(fā)射電臺通過數(shù)據(jù)接收控制器的信號，調(diào)制成擴頻信號經(jīng)天線發(fā)射出去，接收電臺把從天線接收到的擴頻信號解調(diào)出來，再通過數(shù)據(jù)接口把信號發(fā)送給控制器。

　　3. 無線擴頻電臺的選擇與參數(shù)設(shè)定

　　經(jīng)過調(diào)研和慎重考慮，我們選用了世界上著名的保密產(chǎn)品與無線擴頻通信產(chǎn)品供應(yīng)商Cylink公司的AirlinkS波段64SMP無線電臺，Airlink系列電臺已獲得了國家無線電管理委員會的認(rèn)可和核準(zhǔn)，符合國家無線電管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是無線擴頻設(shè)備中第一個獲得認(rèn)證的產(chǎn)品。該電臺可在全雙工的Modem點對點、點對多點的環(huán)境里工作，工作頻率在2400MHz至2483.5MHz頻段上，利用擴頻技術(shù)提供數(shù)據(jù)和語音通道，支持1.2、2.4、4.8、9.6、19.2、56、64kbps全雙工同步數(shù)據(jù)和1.2至19.2kbps異步數(shù)據(jù)，通信距離為33km至48km，并且具有誤差校正、發(fā)射頻率和輸出功率可以選擇等特點。

　　系統(tǒng)采用點對多點的工作模式，監(jiān)控中心用一臺Cylink64SMPModem和一副全向天線，各個采集現(xiàn)場用一臺Cylink64SMPModem和一副定向天線，將監(jiān)控中心的Modem設(shè)置為主單元（MasterUnit），將采集現(xiàn)場的Modem設(shè)置為從單元（SlaveUnit），主單元和從單元利用同一射頻（RF）通道。

　　首都機場供電控制系統(tǒng)無線擴頻通信網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

　　主、從單元電臺的系統(tǒng)參數(shù)分別為：

　?。?）監(jiān)控中心站電臺

　　射頻通道：15

　　發(fā)射輸出功率：650（28dbm）

　　脈沖串同步定時：內(nèi)部串定時

　　發(fā)射時鐘源：DCE（ST）

　　模式選擇：異步10位

　　偽隨機碼：5

　　數(shù)據(jù)率：2.4kbps

　　RTS：ONRTS／CTS

　　延遲：0毫秒

　　收發(fā)器模式：正常

　　主／從電臺：主電臺

　?。?）采集現(xiàn)場電臺

　　射頻通道：15發(fā)射

　　輸出功率：650（28dbm）

　　脈沖串同步定時：內(nèi)部串定時

　　發(fā)射時鐘源：DCE（ST）

　　模式選擇：異步10位

　　偽隨機碼：5

　　數(shù)據(jù)率：2.4kbps

　　RTS：OFFRTS／CTS

　　延遲：0毫秒

　　收發(fā)器模式：正常

　　主／從電臺：從電臺

　　四、通信系統(tǒng)的調(diào)試

　　調(diào)試開始，我們編寫了專門的電臺測試程序，使用電臺在計算機之間進(jìn)行通信，以便全面測試出電臺的使用特性。首先，我們在室內(nèi)對電臺進(jìn)行全面測試，通信電臺均采用室內(nèi)小天線。在點對點測試過程中，發(fā)送接收數(shù)據(jù)完全正確，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電臺說明書中提到的精度參數(shù)。但在點對多點測試過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偶有異常，但誤碼率超過了電臺說明書中的精度要求，通過查閱有關(guān)資料和反復(fù)探索，后來發(fā)現(xiàn)從電臺在發(fā)送完數(shù)據(jù)后，在發(fā)送“清除發(fā)送（CTS）”命令前，必須延遲至少17ms以上，否則電臺傳輸可能有誤。這個發(fā)現(xiàn)大大改善了點對多點的傳輸精度，達(dá)到了預(yù)期效果。

　　接著測試轉(zhuǎn)到現(xiàn)場環(huán)境做進(jìn)一步測試，通信電臺均采用采集現(xiàn)場的室外天線，但通信仍在計算機之間進(jìn)行。開始時誤碼率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了系統(tǒng)規(guī)定的指標(biāo)，后經(jīng)過分析和反復(fù)調(diào)整定向天線以及縮短電臺與天線間的連接電纜、改進(jìn)布線方案，使通信質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高，通信質(zhì)量完全達(dá)到了規(guī)定的要求。

　　通過測試，基本掌握了電臺的使用方法和特性，歸納起來，有以下幾點感受：①在調(diào)整定向天線的方向時，定向天線發(fā)射的波瓣應(yīng)對準(zhǔn)全向天線的接收端，在注意天線的方向的同時也要重視仰角的調(diào)整。②應(yīng)盡量縮短天線與電臺間的連接電纜，連接電纜在布線時遇到拐彎處不要有折角，要圓滑過渡，以防在連接電纜內(nèi)發(fā)生信號輻射，從而產(chǎn)生信號疊加。③調(diào)試時，試驗不同的發(fā)射頻率和PN碼組合，最后確定全網(wǎng)能達(dá)到最佳的通信效果的發(fā)射頻率和PN碼組合。④在點對多點通信時，主電臺處于常收常發(fā)狀態(tài)，而從電臺只是處于常收狀態(tài)，只有請求發(fā)送時，才能發(fā)送數(shù)據(jù)，且在發(fā)送完數(shù)據(jù)后，在發(fā)送“清除發(fā)送（CTS）”命令前，必須延遲至少17ms以上。

　　五、結(jié)束語

　　無線擴頻通信技術(shù)的引入攻克了機場供電監(jiān)控系統(tǒng)特有的通信難點，使項目研制得以順利進(jìn)展。該項目通過驗收投入試運行至今，系統(tǒng)運行正常。事實證明，無線擴頻通信技術(shù)是適用于機場供電系統(tǒng)的，它既可避免機場環(huán)境對無線通信的干擾，又不影響機場內(nèi)現(xiàn)有的通信系統(tǒng)，通信誤碼率低，安裝簡單，節(jié)省投資，免維護(hù)。無線擴頻通信確實在可靠性、可用性和抗毀性等很多方面超過了傳統(tǒng)的通信方式，尤其在如機場這樣一些特殊的地理環(huán)境下，更顯示出了其獨特的優(yōu)越性。