無線網絡智能通在用電信息采集系統中的應用

劉剛 孫志銳 艾玲梅 徐建華 吳艷軍

摘 要：針對用電信息采集系統中的信號盲區導致系統采集成功率低的問題，結合當前解決信號盲區問題的研究現狀，研發出了一種可以有效解決信號盲區問題、顯著提高用電信息采集成功率的新設備——無線網絡智能通，并討論了無線網絡智能通在用電信息采集系統中的應用優勢。

關鍵詞：用電信息采集系統；無線網絡智能通；智能電網；信號盲區

引言

隨著計算機及通信技術的發展，電力行業正逐步向信息化、智能化方向發展，智能電網是電力行業發展的必經之路。用戶用電信息實時采集是構建未來智能電網的關鍵；傳統人工抄表方式已無法滿足電力系統發展的要求，用戶用電信息采集系統的全覆蓋是實現電力系統信息化的基礎。目前國網XX供電公司（以下簡稱XX）已經實現用電信息采集建設的全覆蓋。但是由于受到運營商網絡的限制，一些采集終端的安裝位置沒有運營商的網絡信號，導致用電信息采集系統不能正常工作。例如，在高層地下室由于存在公網運營商信號盲區，用電信息采集系統無法采集用戶的用電信息。此時，還需進行人工干預，造成人力、物力、財力的浪費。由于存在信號盲區，當前用電信息采集系統的信息采集成功率還比較低，僅為70%左右，因而迫切需要研發出能解決信號問題的新設備。

近年來，研究者們不斷將一些用于解決信號問題的新設備用于用電采集系統中，但在應用中存在數據采集不穩定、對無線公網造成影響、支持距離短（10～20米）等問題。文章針對用電信息采集系統的應用問題研發出了一種新設備無線網絡智能通，該設備天線與主機最遠支持距離高達100米，具有運行穩定、數據采集準確可靠、對網絡無干擾等優點，能顯著提高信息采集成功率。

1 無線網絡智能通的原理

無線網絡智能通采用了移動通信領域的無線中繼原理，在這個基礎上針對現有網絡的問題，結合專利技術，做到既能快速、高效、低成本的解決運營商網絡信號弱覆蓋、無覆蓋、覆蓋不穩定的問題，又能不影響運營商的網絡，性能遠遠超越目前傳統通信領域的放大器水平，圖1為該設備的電路原理圖。

圖1設備的電路原理圖

如圖1所示，該設備主要是通過低噪聲放大器（LNA）、聲表面濾波器（SAW）、高線性放大器（HPA）、數字處理單元對運營商的無線網絡信號進行濾波和放大，實現增加信號覆蓋范圍的功能。同時該設備采用了數字ALC電路設計，實現了增益的動態自動調節，保證了系統的穩定性、可靠性和靈活性。

2 無線網絡智能通的優點

無線網絡智能通具有以下優點：

（1）通過上下行增益自動聯動功能，實現無線網絡智能通對上行底噪干擾的處理。傳統放大器主要針對大面積的無線覆蓋，發射功率較大，多在0.5W-20W。定位不同對基站的干擾也不同。如發射功率10W（40dBm）的放大器，接收天線的點平一般需要-50dB到-80dBm，發射功率越大，它的上下行增益也要很大才能達到覆蓋要求。由于增益過大就會容易產生自激，并且由于上下行增益的擴大，底噪也會相應放大，通過天線發送到基站端的底噪會比較大，對基站產生干擾。

一臺10W的放大器就會比基站的噪底高出2dB，這大大限制了放大器的使用。如果多臺放大器則影響更大。

無線網絡智能通的目標區域都是無線覆蓋的盲區，也就是距離基站路損大，隔離大的區域，下行覆蓋的都是封閉空間，不會泄漏到外部，談不上對其他基站的干擾。無線網絡智能通的上行信號向公共空間發射，但在放大有用信號的同時也放大了噪聲。但可以通過信號處理使無線網絡智能通到達基站的噪底很小。

一臺無線網絡智能通就會比基站的噪底低出28dB，使用500臺無線網絡智能通不過提高基站的噪底3dB，完全在基站的承受范圍之內。可實現比較分散的信號盲區覆蓋。

（2）通過數字ALC技術（增益自動控制技術）、隔離度檢測技術保證系統不會工作在自激狀態。如果天線隔離度不滿足系統的安裝要求，通過隔離度檢測技術檢測到天線隔離度不夠，那么設備的指示燈會亮，提示系統工作在隔離度不夠的狀態。通過數字ALC技術自動調節系統增益，控制設備降低增益，直到隔離度檢測模塊檢測到，不產生放大自激為止，這樣通過被動的降低增益可以有效地保護設備及網絡的安全性。其中數字ALC技術可以實現高動態范圍的增益控制。

（3）上行關斷定時重啟功能。當數字ALC調節系統增益減小到最低增益，但天線隔離度仍不夠，系統仍然處于自激狀態，會自動關閉末級功放，原則是犧牲覆蓋范圍來保證此無線網絡智能通不會出現自激現象，不會對整個網絡造成不好的影響。

（4）基于模擬域和數字域相結合的反相抵消技術，可以將自身發射天線引起的反饋干擾反相并消除，從而有效提高無線網絡智能通系統隔離度。如上所述，放大器系統存在嚴重的耦合干擾，傳統做法是盡可能地加大施主天線和覆蓋天線之間的空間間距，并通過其他方法如增加障礙物等做法來保持兩天線之間足夠的隔離度。而這些看似簡單的方法往往會引發施工中的難度，即給放大器選址增加了很大的難度，尤其是對于密集城區，本已擁擠的環境中更難找到合適的安裝場地；同時，單從外觀方面考慮，兩天線拉的較遠會影響建筑物的美觀，引發建筑商的抵觸。為了解決上述問題，自適應干擾抵消技術應運而生。基于最小均方誤差（LMS）算法的自適應干擾抵消技術原理。

（5）前置放大電路：采用前置天線放大電路，不僅能提高系統的靈敏度，還可以增加系統的穩定性和覆蓋距離。

3 結束語

文章從用電信息采集系統的實際問題出發，分析了用電信息采集系統的應用現狀以及亟需解決的無線網絡覆蓋問題。在此基礎上，開發出了一種能用于解決信號覆蓋問題、顯著提高用電信息采集系統采集成功率的新設備——無線網絡智能通。該設備的使用將推動電力行業的信息化和智能化向更高水平邁進。