智能電網中正交光標記交換系統的研究

摘要：智能電網需要自身具有自愈能力，即可在故障發生后的短時間內發現并自動隔離故障，防止電網大規模崩潰。因此發展智能電網需要進一步擴大通信系統的容量和傳輸速度。為解決容量和速率問題，本文將正交光標記交換（OLS）技術應用到智能電網中，并通過對此得出ASK/DQPSK正交調制光標記交換系統在標記/凈荷速率、接收靈敏度、抗噪性能與傳輸代價等方面表現出了最佳性能。

關鍵詞：智能電網 光纖通信 正交光標記交換

1 概述

由于利用高壓輸電線路作為高頻信號傳輸通道的傳統的電力線載波通信（PLC）在電網發生事故時常因通信不靈、調度指揮不及時擴大了事故或延長了處理時間[1]，因此傳統電網迫切需要向新型智能電網轉變。

發展智能電網需要擴大通信系統的容量和傳輸速度。近年發展起來的密集波分復用（DWDM）和摻鉺光纖放大器（EDFA）技術，對通信擴容非常有效，但現有通信網中不可缺少的節點交換設備仍是電子式的，電子交換設備的信息處理速度已經達到極限而再難以提高，這種狀況極大地限制了系統傳輸速度，因此迫切需要發展光交換技術[2]。目前對信息進行全光交換和處理的高速全光網（All-optical Net，AON）被提出。全光網中用到的光交換技術是指高速傳輸的光信息在網絡交換節點處不經光-電-光轉換，而在光域直接將信號轉發到不同的輸出端。利用光交換技術能充分發揮光纖通信高速與大容量的優勢，因此智能電網在通信系統的容量和傳輸速度方面得到很大的改善，提高了電網的安全性和決策水平。

2 智能電網中正交光標記交換（OLS）系統網絡結構

智能電網中正交光標記交換系統由邊緣路由器和核心路由器組成，核心網邊界處的邊緣路由器，可以實現來自輸電線路、變電站、配電網及通信信息平臺中傳感器所測信息的發送和接收兩種功能。帶有末端傳感器測控信息的凈荷進入發送端附近的邊緣路由器后，被轉換成光包并加載上帶有路由數據信息的標記。光包封裝完成后被送往智能電網信息處理中心的核心路由器，在核心路由處路由標記信息被轉換成電信號并進行讀取、擦除與更新等處理；凈荷則進入光緩存單元中進行時間延遲。最后根據標記控制信息，交換開關陣列為凈荷插入新路由標記并將光包轉發至下一節點。位于接收端的邊緣路由器負責將光包進行解調、光電轉換和標記擦除，并按標記信息將解調后的凈荷送入相應的接收端[3-4]。

3 正交光標記交換系統的調制方式

調制光信號振幅可以得到幅移鍵控（ASK），調制光信號頻率則產生頻移鍵控（FSK）信號，調制光信號相位產生相移鍵控（PSK）信號，調制光信號偏振方向產生偏振位移鍵控（POLSK）信號。由于這些信號兩兩相互獨立，可以認為這些調制方式都是相互正交的。高速光標記交換網絡中的正交調制作為一種光標簽的添加方式，它的格式和意義表達如下：ASK/DPSK，即光標簽通過對載荷信號進行幅移鍵控調制添加，光載荷采用差分相移鍵控調制。采用正交調制可以同時傳輸兩組不同調制格式的信息，并可在接收端采用各自的解調器同時進行接收和檢測，極大地提高了系統的傳輸性能[5]。

較高的頻譜效率和實現簡單的優勢，使正交調制光標記調制成為光標記交換網絡中的關鍵技術。目前，可用于正交調制光標記交換系統的調制方式共有ASK、FSK、DPSK與DQPSK四種[6]。

4 智能電網中正交調制光標記交換系統調制方式的選擇

通過組合上述4種調制方式，共可形成16種不同的正交調制系統。且由于高速數據在FSK調制方式下實現難度較大，占用頻譜資源較多，故不經常使用FSK信號作為高速凈荷。另外，作為適用于高速信號傳輸的DQPSK信號，其生成器包括預編碼部分與四相調制部分，結構較為復雜且作為低速信號其傳輸特性并無明顯優勢，故也不經常使用DQPSK信號作為低速標記信號。因此常采用的正交調制光標記交換系統有FSK/ASK、FSK/DPSK、ASK/DPSK[7]、DPSK/ASK、FSK/DQPSK與ASK/DQPSK六種。

如圖1所示，智能電網中正交調制光標記交換系統的工作原理為：載有路由信息的低速標記信號對激光器進行調制，生成標記信號。在接收端，凈荷與標記通過各自的接收機，同時接收并獨立解調。光標簽信號被光帶通濾波器濾出后，通過光電檢測器（Photo detector）與電低通濾波器（LPF）完成解調過程，凈荷則可直接由PD與LPF解出。根據標記的路由信息，將傳感器測得的數據快速傳遞給數據接收、處理單元。

下表對智能電網中采用不同調制方式的正交調制光標記交換系統在系統消光比、無標記/無凈荷時的接收光功率、96kmSMF+DCF傳輸時接收光功率、無標記/無凈荷時的OSNR及96kmSMF+DCF傳輸時的OSNR方面進行了一個綜合的比較。

通過觀察比對表1，可知智能電網中ASK/DQPSK正交調制光標記交換系統在標記/凈荷速率、接收靈敏度、抗噪性能與傳輸代價等方面表現出了最佳性能[8]。

5 結束語

通過采用正交光標記交換技術，智能電網進一步擴大了通信系統的容量和傳輸速度，全面滿足電力生產在發電、輸電、變電、配電、用電、調度環節對通信的要求，提高了骨干網的承載能力，深化了智能電網各環節的數據采集、傳輸、儲存和利用，實現了采集數字化、業務互動化、管理信息化、決策科學化，增強了通信資源和信息資源的優化配置能力和一體化管控能力。

參考文獻：

[1]http：//www.eccn.com/design_2011112114360930.htm.

[2]肖石林.光標記交換及有關器件技術的研究與開發[D]，上海：上海交通大學，2003（3）.

[3]肖鵬程.光標記交換關鍵技術的研究[D].上海：上海交通大學，2004（5）.

[4]陳新橋，陳紀東.一種基于光標記交換技術的全光網絡的設計方案[J].電信工程技術與標準化，2002（2）：30-32.

[5]呂亮.新型光調制和光復用技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2010.

[6]胡曉明.正交光標記交換中新型調制格式的研究[D].北京：北京郵電大學，2009.

[7]趙俊彥.RZ-DPSK/ASK正交調制高速光標記交換技術研究[D].北京：北京郵電大學，2008年.

[8]曹永盛.新型光標記交換系統及光控光交換器件的研究[D].北京：北京郵電大學，2010.