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 一、無線通信技術(shù)概述

目前主流的無線傳輸技術(shù)可分為：高功耗、高速率的廣域網(wǎng)傳輸技術(shù)（2G/3G/4G蜂窩通信技術(shù)、微波調(diào)制傳輸?shù)龋坏凸摹⒌退俾实膹V域網(wǎng)傳輸技術(shù)（Lora、Sigfox、NB-IoT等）；高功耗、高速率的近距離傳輸技術(shù)（WIFI、藍(lán)牙等）；低功耗、低速率的近距離傳輸技術(shù)（ZigBee）。

在以無人區(qū)輸電線路視頻回傳為主要業(yè)務(wù)需求的場(chǎng)景下，窄帶和近距離傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)無線技術(shù)并不適用該場(chǎng)景。目前主流的無線視頻監(jiān)控技術(shù)有WLAN（無線局域網(wǎng)）、模擬微波調(diào)制技術(shù)、4G/5G移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)。各技術(shù)的特性分析如下：

（1）WLAN（無線局域網(wǎng)）

WLAN（無線局域網(wǎng)）與一般傳統(tǒng)的以太網(wǎng)（Ethernet）的概念并沒有多大的差異，只是將以太網(wǎng)的線路傳輸部分（普通網(wǎng)卡--五類線--普通HUB）轉(zhuǎn)變成無線傳輸形式（無線網(wǎng)卡--微波—AP，AP可理解為無線HUB），也可以說是雙向通訊的數(shù)字微波通信。

（2）模擬微波調(diào)制技術(shù)

模擬微波調(diào)制技術(shù)是將視頻信號(hào)直接調(diào)制在微波的通道上，通過天線發(fā)射出去，監(jiān)控中心通過天線接收微波信號(hào)，再通過微波接收機(jī)解調(diào)出原來的視頻信號(hào)。此種監(jiān)控方式?jīng)]有壓縮損耗，幾乎不會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，因此可以保證視頻質(zhì)量，但其只適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單路傳輸，不適合規(guī)模部署，此外因沒有調(diào)制校準(zhǔn)過程，抗干擾性差，在無線信號(hào)環(huán)境復(fù)雜的情況下幾乎不可以使用。

（3）4G/5G移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

利用運(yùn)營商提供的4G/5G無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)視頻圖像高質(zhì)量地傳輸。

（4）衛(wèi)星通信技術(shù)

依靠傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星或高通量衛(wèi)星技術(shù)，視頻終端通過衛(wèi)星傳輸通道實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。

各類無線視頻監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)可歸納如下：

二、技術(shù)分析

為實(shí)現(xiàn)無人區(qū)輸電線線路視頻監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)信息回傳，可采用WLAN（無線局域網(wǎng)）、衛(wèi)星通信技術(shù)等。

（一）WLAN（無線局域網(wǎng)）

目前，Mesh組網(wǎng)和WDS組網(wǎng)均能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無線接入節(jié)點(diǎn)之間的無線鏈路通信，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，可廣泛應(yīng)用于無線視頻監(jiān)控回傳網(wǎng)絡(luò)中，各組網(wǎng)特性分析如下：

（1）WDS組網(wǎng)

WDS組網(wǎng)通過無線網(wǎng)橋連接兩個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)段。WDS組網(wǎng)結(jié)構(gòu)包含點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。

目前無線網(wǎng)橋設(shè)備可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)10km以上的遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量不低于200Mbps，整機(jī)功率小于20W。在整個(gè)組網(wǎng)中無線網(wǎng)橋根據(jù)節(jié)點(diǎn)作用的不同可實(shí)現(xiàn)不同的工作模式：在覆蓋場(chǎng)景下支持AP（基站）工作模式、在接入場(chǎng)景下支持CPE（客戶端）工作模式、在回傳場(chǎng)景下支持WDS工作模式。

（2）Mesh組網(wǎng)

圖1 典型Mesh組網(wǎng)架構(gòu)

在Mesh網(wǎng)絡(luò)中,如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的AP發(fā)生故障,它可以重新再選擇一個(gè)AP進(jìn)行通信,數(shù)據(jù)仍然可以高速地到達(dá)目的地，可以有效避免單點(diǎn)故障，所以Mesh網(wǎng)絡(luò)比WDS網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。

Mesh組網(wǎng)雖然便捷靈活，但整體鏈路帶寬較低并且開銷較大，在鏈路較長(zhǎng)、跳接數(shù)量較多的情況下無法保障數(shù)據(jù)的正常傳輸。

（3）Mesh組網(wǎng)與WDS組網(wǎng)的對(duì)比

（二）衛(wèi)星通信技術(shù)

國內(nèi)衛(wèi)星通信主要采用傳統(tǒng)的Ku衛(wèi)星和高通量通信衛(wèi)星，其中高通量通信衛(wèi)星主要是位于地球同步軌道的中星16號(hào)衛(wèi)星、亞太6D衛(wèi)星。目前中星16號(hào)衛(wèi)星已實(shí)現(xiàn)商用，亞太6D衛(wèi)星還處在在軌試運(yùn)行階段。“中星16號(hào)”衛(wèi)星單站下載和回傳速率最高可達(dá)150Mbps和12Mbps，單站整機(jī)功率約為40W左右。

由于衛(wèi)星遠(yuǎn)端站最大回傳速率較低、“南山效應(yīng)”、功耗較高等問題制約了其在輸電線路視頻回傳業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用。但衛(wèi)星遠(yuǎn)端站可作為無線回傳網(wǎng)絡(luò)上監(jiān)測(cè)點(diǎn)零星補(bǔ)點(diǎn)的手段，也可結(jié)合Wi-Fi橋接技術(shù)，在輸電線路或變電站巡檢、應(yīng)急救援時(shí)提供近程的通信覆蓋，并且可配置COFDM圖傳設(shè)備將無人機(jī)自主巡檢時(shí)視頻畫面通過衛(wèi)星通道實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)回傳。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

按照某輸電線路無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況，可分為以下兩種場(chǎng)景進(jìn)行監(jiān)控信號(hào)回傳方案的設(shè)計(jì)：

場(chǎng)景一：整條輸電線路無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域零散、無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)間范圍較短。無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域可通過Mesh組網(wǎng)或WDS組網(wǎng)搭建的無線鏈路將業(yè)務(wù)信息匯聚至具備運(yùn)營商信號(hào)的電力鐵塔，通過4G CPE設(shè)備接入運(yùn)營商電力無線專網(wǎng)APN通道回傳至監(jiān)控中心。

圖2 場(chǎng)景一組網(wǎng)架構(gòu)（示例）

場(chǎng)景二：輸電線路無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域較廣。無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域通過Mesh組網(wǎng)或WDS組網(wǎng)搭建的無線鏈路將業(yè)務(wù)信息直接回傳至就近變電站（就近變電站是指據(jù)輸電線路較近的變電站）。但其能夠?qū)崿F(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離會(huì)受制于設(shè)備的帶寬、組網(wǎng)主鏈路跳接次數(shù)等，需根據(jù)實(shí)際的變電站兩站之間的距離、需觀察的點(diǎn)位數(shù)量等做進(jìn)一步的業(yè)務(wù)模型分析。

圖3 場(chǎng)景二組網(wǎng)架構(gòu)（示例）

對(duì)于Mesh組網(wǎng)或WDS組網(wǎng)架構(gòu)的選擇需根據(jù)實(shí)際輸電線路沿線觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量和點(diǎn)位位置進(jìn)行部署，總體組網(wǎng)拓?fù)錇橹麈溌凡捎茫▍R聚節(jié)點(diǎn)間）多跳接力（橋接）的方式，匯聚節(jié)點(diǎn)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)實(shí)現(xiàn)近程覆蓋。而因延時(shí)或受帶寬限制使得采用上述兩種組網(wǎng)架構(gòu)的最優(yōu)化情況下仍然存在無法回傳的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，可采用衛(wèi)星通信技術(shù)作為補(bǔ)點(diǎn)的手段，從而實(shí)現(xiàn)輸電線路無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)控信息的回傳。

四、無線傳輸拓?fù)鋱D

圖4 單鏈路多跳橋接傳輸拓?fù)鋱D

在戶外電力鐵塔間無遮擋情況下，可通過網(wǎng)橋間多跳橋接方式構(gòu)建傳輸鏈路，傳輸各種視頻信號(hào)。最前端使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備。中間鐵塔使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備（三模設(shè)備），該設(shè)備可用其中兩個(gè)模塊分別接受前端信號(hào)和發(fā)送信號(hào)，第三個(gè)模塊可用來做無線覆蓋，當(dāng)檢修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員可通過無線設(shè)備和檢修車輛間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)。車輛可通過無線設(shè)備與附近鐵塔上的網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳。

圖5 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)橋接傳輸拓?fù)鋱D

在戶外電力鐵塔間無遮擋情況下，前端的兩個(gè)或多個(gè)鐵塔可通過點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式將采集的信息傳輸?shù)揭粋€(gè)鐵塔上，然后再通過網(wǎng)橋間多跳橋接方式構(gòu)建的傳輸鏈路將匯總的信息回傳。最前端使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備。中間鐵塔使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備（三模設(shè)備），該設(shè)備可用其中兩個(gè)模塊分別接受前端信號(hào)和發(fā)送信號(hào)，第三個(gè)模塊可用來做無線覆蓋，當(dāng)檢修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員可通過無線設(shè)備和檢修車輛間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)。車輛可通過無線設(shè)備與附近鐵塔上的網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳。

圖6 橋接加mesh組網(wǎng)傳輸拓?fù)鋱D

在戶外電力鐵塔間無遮擋情況下，可通過網(wǎng)橋間多跳橋接方式構(gòu)建傳輸鏈路，傳輸各種視頻信號(hào)。最前端使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備。中間鐵塔使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備（三模設(shè)備），該設(shè)備可用其中兩個(gè)模塊分別接受前端信號(hào)和發(fā)送信號(hào)，第三個(gè)模塊可用來做無線覆蓋，當(dāng)檢修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員可通過無線設(shè)備和檢修車輛間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)。車輛可通過無線設(shè)備與附近鐵塔上的網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳。當(dāng)其中三個(gè)或多個(gè)鐵塔間均無遮擋時(shí)，可設(shè)置mesh組網(wǎng)，增強(qiáng)鏈路抗毀性，保證鏈路可靠性。

圖7 多鏈路多跳橋接傳輸拓?fù)鋱D

在戶外電力鐵塔間有遮擋情況下，部分無遮擋鐵塔間可通過網(wǎng)橋間多跳橋接方式構(gòu)建傳輸鏈路，傳輸各種視頻信號(hào)，有遮擋的鐵塔無法直接回傳時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇附近其他鐵塔進(jìn)行回傳。最前端使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備。中間鐵塔使用mesh自組網(wǎng)設(shè)備（三模設(shè)備），該設(shè)備可用其中兩個(gè)模塊分別接受前端信號(hào)和發(fā)送信號(hào)，第三個(gè)模塊可用來做無線覆蓋，當(dāng)檢修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員可通過無線設(shè)備和檢修車輛間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)。車輛可通過無線設(shè)備與附近鐵塔上的網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳。