數(shù)字微波通信技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信中的應(yīng)用

康燕文

（國家電投集團(tuán)山西可再生能源有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電信息化的普及已是一個(gè)大的趨勢，發(fā)電監(jiān)控、故障監(jiān)測等作為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)信息化的體現(xiàn)，是風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電管理中必不可少的措施。隨著無線通信技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，運(yùn)行監(jiān)控、故障監(jiān)測等在風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)管理中所起的作用也越來越明顯，風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集（電氣設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)等）等工作以往是由技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行操作，現(xiàn)在利用無線通信技術(shù)對(duì)發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化、智能化采集。數(shù)字微波通信技術(shù)作為一種新型通信技術(shù)，采用視距通信方式，具有數(shù)據(jù)傳輸速率快、成本低、通信安全等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，此次試圖將數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信中，為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信提供參考依據(jù)。

1 基于數(shù)字微波通信技術(shù)的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信方法

1.1 風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信配置

為了實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字微波通信技術(shù)的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信，需要合理規(guī)劃風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信物理配置，構(gòu)建通信物理架構(gòu)[1]。根據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信需求，確定風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信天線數(shù)量，其計(jì)算公式為

式中：g為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信天線數(shù)量；e為電波輸入端口數(shù)量；r為通信網(wǎng)絡(luò)中通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量[2]。根據(jù)自由空間傳輸損耗理論，確定信號(hào)發(fā)射端與信號(hào)接收端之間的距離，即天線長度，其計(jì)算公式為

式中：L為無線電波的自由空間傳輸損耗；hg為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信物理架構(gòu)中信號(hào)發(fā)射端與信號(hào)接收端的距離，即第g根天線的長度；f為無線電波發(fā)射頻率；c為光的傳播速度[3]。上文分析到數(shù)字微波通信采用視距傳輸方式，視距長度的確定需要根據(jù)視距傳輸2端最小天線高度，其計(jì)算公式為

式中：d為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信的視距；bc,L、bs,L分別為視距傳輸兩端的最小天線高度[4]。

1.2 基于數(shù)字微波通信技術(shù)的信道編碼及擴(kuò)展

為了降低噪聲與干擾對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信質(zhì)量的影響，減少通信錯(cuò)誤，利用數(shù)字微波通信技術(shù)對(duì)信道編碼和頻帶擴(kuò)展處理。信道編碼是指在數(shù)字微波信號(hào)發(fā)射端增加校驗(yàn)碼，將校驗(yàn)碼與信息碼組合成數(shù)字微波通信信道傳輸?shù)拇a字，校驗(yàn)碼與數(shù)字碼具有一定的約束關(guān)系，如果在傳輸過程中發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，信息碼與校驗(yàn)碼的約束關(guān)系破壞，則信號(hào)接收端會(huì)發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤并對(duì)其進(jìn)行立即糾正[5]。數(shù)字微波通信信道編碼采用低密度奇偶校驗(yàn)（Low Density Parity Check，LDPC）編碼，用二元組表示為

式中：Fd為傳輸視距為d的信道LDPC 編碼；n為向量空間維度；k為向量子空間維度，即數(shù)字微波通信信道待傳輸?shù)娘L(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電信息碼數(shù)量[6]。信息碼由多個(gè)信息向量序列組成，再利用校驗(yàn)矩陣生成校驗(yàn)碼，用公式表示為

式中：Y為校驗(yàn)矩陣；z為校驗(yàn)方程；m為校驗(yàn)矩陣中校驗(yàn)方程的個(gè)數(shù)[7]。利用式（5）生成校驗(yàn)碼，并將生成的校驗(yàn)碼與信息碼組合生成風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電信道傳輸碼，用公式表示為

式中：K為數(shù)字微波通信的信道傳輸碼。在上述基礎(chǔ)上將傳輸碼與擴(kuò)頻碼進(jìn)行時(shí)域相乘運(yùn)算，即對(duì)傳輸碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制[8]。利用PN 碼發(fā)生器生成信號(hào)源對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼，用公式表示為

式中：aj為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信信號(hào)擴(kuò)頻碼；c0為位移寄存器的狀態(tài)位；a0為狀態(tài)位對(duì)應(yīng)的反饋系數(shù)。如果生成的擴(kuò)頻碼為nbit，則說明信號(hào)源的頻譜擴(kuò)展為n倍[9]。利用極性轉(zhuǎn)換器將生成的擴(kuò)頻碼與傳輸碼時(shí)域相乘運(yùn)算，其計(jì)算公式為

式中：L為擴(kuò)頻處理后的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電信號(hào)；?為時(shí)域相乘運(yùn)算符號(hào)。利用式（8）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信信號(hào)的擴(kuò)頻調(diào)制，得到通信帶寬信號(hào)。

1.3 實(shí)現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信

根據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電傳輸需求，此次采用二進(jìn)制相移鍵控方法對(duì)帶寬信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制[10]。假設(shè)載波信號(hào)為

式中：R為載波信號(hào)；?為噪波信號(hào)頻率；ρ為載波信號(hào)初相位。利用載波信號(hào)對(duì)帶寬信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，得到調(diào)制后的信號(hào)為

式中：P為經(jīng)過載波調(diào)制后的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信信號(hào)。對(duì)信號(hào)P進(jìn)行解調(diào)處理和信道譯碼處理，以此信號(hào)接收端可以讀取到原有的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)字微波通信技術(shù)的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信。

2 實(shí)驗(yàn)論證

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)

以某風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電站為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，選擇2 種傳統(tǒng)方法作為比較對(duì)象，分別為基于通用分組無線電服務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）的通信方法和基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信方法，以下分別用傳統(tǒng)方法1和傳統(tǒng)方法2 表示。根據(jù)該發(fā)電廠的實(shí)際情況，在發(fā)電區(qū)域中心搭建了一個(gè)基站，周圍布置10個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)之間的距離范圍為100 ～1 000 m，共安裝了11 根天線，數(shù)字微波通信傳輸視距為565 m。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

為了突顯出3 種方法通信傳輸時(shí)間的差異性，實(shí)驗(yàn)以通信距離為變量，通信距離范圍為100 ～1 000 m，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 3 種方法的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間對(duì)比

從表1 中的數(shù)據(jù)可以看出3 種方法在不同通信距離下的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間對(duì)比，本文設(shè)計(jì)方法所需的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間在1 s 以內(nèi)，相較于傳統(tǒng)方法1 和傳統(tǒng)方法2 更短，具有更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。此外，隨著通信距離的增加，3 種方法的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的適用性，對(duì)3 種方法的數(shù)據(jù)丟失量進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 3 種方法的數(shù)據(jù)丟失量對(duì)比

從表2 中數(shù)據(jù)可以看出，在本次實(shí)驗(yàn)中，3 種方法在不同數(shù)據(jù)包大小下進(jìn)行數(shù)據(jù)丟失量對(duì)比，本文設(shè)計(jì)方法相較于傳統(tǒng)方法1 和傳統(tǒng)方法2 具有更少的數(shù)據(jù)丟失數(shù)量。此外，隨著數(shù)據(jù)包大小的增加，3 種方法的數(shù)據(jù)丟失數(shù)量均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。

3 結(jié) 論

此次將數(shù)字微波通信技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信中，提出了一個(gè)新的通信思路，有效提高了風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信的速率，降低了通信丟包率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信理論的補(bǔ)充與完善。本文設(shè)計(jì)方法目前尚處于初步探索階段，未在實(shí)際中得到大量應(yīng)用與實(shí)踐，今后會(huì)在該方面展開深層次研究，為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電通信提供有力的理論支撐。