信息通信系统范文

信息通信系统范文（精选12篇）

信息通信系统 第1篇

未来作战要求通信装备必须有高效的机动通信能力、可靠的再生保障能力、抗电磁环境和电磁兼容的能力;通信与指控设备必须有实施信息传输和处理能力;系统必须有良好的顶层设计和构建相互兼容的开放标准;系统要形成路由选择的优化协议;要着眼联合作战的要求,突出各种通信手段融合;要满足无缝链接的要求,突出通信平台与武器平台互联;通信装备系统要适应新技术发展的要求等。

1 多种类军事通信传输手段及其技术发展

1.1 短波通信技术与发展

短波通信的关键技术主要有:短波信道技术,短波组网和管理技术,短波通信的数据传输技术等。

其中短波信道技术主要包括信道自适应技术、电子防御技术、宽带信道机技术和新型天线技术等。短波作为一种不可缺少的应急通信手段,短波通信网络化及短波通信在不同层次指挥网系中的嵌入应用成为短波通信技术的重要内容。

短波组网和管理技术中,第3代短波通信网络是无线连接、无线分组的交换网络。短波电路组网后,如何对不同级别、不同网系的短波电台的发射功率、工作时间频率和业务类别等内容进行规划和管理而避免相互干扰,直接影响短波通信网的效果 。

短波通信的数据传输技术主要包括高速数字调制解调技术、低速声码话音技术、差错控制技术、最低限度通信技术等 。

1.2 超短波通信技术

特别在机动作战或是在山区、海岛等指挥作战中,部队机动性强,地理环境和电磁环境条件恶劣,要求机动中或机动后进行快速通信。轻装快捷的超短波通信能较好地满足其要求。

机动作战中的通信应以无线移动通信技术为主,即主要指战术超短波窄带高速和宽带高速抗干扰电台。抗干扰电台一般采用战术超短波跳频电台,其主要特征是发射信号的瞬时带宽不变,而发射的载波频率受伪随机序列控制,是一种躲避式抗干扰手段。

军用高速数据电台的主要技术难点之一是必须提供“动中通”能力。无论是窄带还是宽带高速数据电台,都应首先考虑如何克服信道的多径时延和多普勒频移。在选择合适的调制解调方案时,超短波信道的相干带宽和相干时间是关键的参数。

1.3 军事卫星通信和技术

作为航天信息系统的重要组成部分——卫星通信,其在现代战争中发挥着越来越重要的作用。美军对卫星通信的依赖性日益增强, 美国的军用卫星通信系统包括战略通信卫星系统、战术通信卫星系统和战略战术通信卫星系统。按照频段划分,美军卫星通信系统涵盖了UHF、SHF和EHF频段,其中UHF频段的代表系统是特高频后继星(UFO),SHF频段的代表系统是国防卫星通信系统(DSCS),EHF频段的代表系统是军事星(Milstar)系统。

美军卫星通信系统具有下面几个发展趋向:

① 从UFO到MUOS:全面提升全球UHF战术卫星通信系统的窄带通信能力;② 宽带卫星系统:从DSCS到WGS和AMS,容量进一步提高;③ 从MILSTAR I、II到ACTS,进一步增强抗干扰通信能力;④ 采用更加先进的天线技术。

美军卫星通信系统应用的新技术包括:

① 先进的天线技术;② 星上处理技术;③ 扩展频段和多频段共用;④ 星间链路;⑤ 高功率和功率按需分配;⑥ 动态链路分配(DLA)技术;⑦ 星载高性能微处理器和存储器;⑧ 星地、星星信息融合技术;⑨ 微波信道的小型化、固态化技术等。

1.4 对流层散射和流星余迹通信在战争中的应用

对流层散射通信系统是一种利用对流层媒质的不均匀性来实现超视距通信的方式。它具有保密性好、单跳跨距大、机动性好和基本不受雷电、极光、磁暴影响的优点,尤其是几乎不受核暴的影响等特点。因此散射通信系统在军事应用领域有很大的发展前景。在中距离,跨江海和障碍地域中有很大的通信优势。散射通信中的一些瓶颈技术正在逐步解决。

另外流星余迹通信,是一种在受到核爆、强电子干扰、地震、海啸和极地弧光等电子或物理攻击时,能够正常通信的最低限度通信保障手段,成为其他通信的必要补充,在军事通信中具有极其重要的物殊地位。随着反卫星武器的发展,卫星通信的可靠性也会有所降低,其通信链路容易被破坏,而流星余迹通信不易遭到破坏。

1.5 军事光通信技术应用前景

无线光通信作为无线通信的一种,与传统传输信道相比,除具有频带宽、速率高、容量大的特点外,还具有适合军事通信的独特优势。因此大气光通信在军事上有着不可替代的重要意义和广阔的应用前景:一是可用于光纤通信难以快速适应的野外机动通信场合;二是可用于不宜采用或限制使用无线电通信的场合;三是可用于多种情况下的应急通信;四是可用于城区或复杂地形的紧急组网。

2 通信网络一体化和军用认知无线电

2.1 未来作战中的通信网络一体化

通信网络的一体化,实际上就是对信息业务的综合化、网络技术的统一化。构成一体化通信网络的技术主要是网络传输体制与网络交换体制技术。

一体化军事通信网是在现有各个通信系统的基础上建立起来的集成网络。它提供更高层次的系统集成,把各个分散的、独立的通信系统联合起来。可以互联互通互操作和进行协调的网络管理,成为一个协调统一的整体。

一体化军事通信网强调各种战略网与战术网的统一,个人通信网的引入,军用网与民用网的互连,开放系统,统一用户接口,统一系统及网络管理,统一格式和定义,以便各种武器平台、指挥控制中心互连。

一体化军事通信网强调综合业务和统一格式的信元传输,使各业务系统、支援保障部门的信息均可进入一体化军事通信网,从而较好地协调近距离、大纵深和无后方作战,为全纵深同时攻击提供有力的通信支援。

2.2 军用认知无线电

军用认知无线电是一种能够感知当前军事无线环境,通过对环境的理解和学习,实时调整其内部配置,以适应外部战场环境变化的技术。军用认知无线电是认知无线电在军事上的应用。由于军事应用环境的复杂性、恶劣性与快变性,使得认知无线电进行重大调整以适应军事无线通信的需要。

军用认知无线电的实现还需要克服很多技术难题,如多军兵种联合作战战场各种信息的感知、各种感知信息的综合(包括认知电台的感知信息及来自网络的感知信息)、感知信息的特征提取、应对各种特征的策略库及策略语言框架、针对各策略的抽象行为等。

3 通信指挥管理信息系统技术及发展

3.1通信指挥管理信息系统的内涵与主要关键技术

通信指挥管理信息系统侧重于通信指挥管理信息的综合和处理。它实质上是以计算机和通信技术为基础兼顾其他技术侧重于信息处理和智能决策的电子信息系统,其信息处理的核心是软件技术。

在信息技术范围内,通信指挥管理信息系统属于综合电子信息系统的范畴,是综合电子信息系统的重要分系统。同时它也是一个相对独立的电子信息分系统,它与综合电子信息系统特别是综合指挥自动化系统有着许多相同的技术,如网络、文电、图形、数据库应用、安全、保密、生存能力、环境支持、相关软件、辅助决策等。但又有它的特殊性,它包含了许多特殊的技术,如通信指挥管理信息系统应用软件技术、通信指挥辅助决策、通信指挥组织管理、网络管理、频谱管理、通信部队指挥控制、工程建设等。并且它又有依赖于通信系统而和通信系统不相同的特点。 通信指挥管理信息系统的主要关键技术主要有:① 通信指挥管理信息系统的顶层设计技术;② 通信指挥管理信息系统的总体设计与实现技术;③ 通信指挥管理信息系统的辅助决策支持技术;④ 通信指挥管理信息系统的效能评估技术;⑤ 系统中多种类信息综合处理及在图上的综合表达实现技术;⑥ 系统中监控信息的统计、分析、显示技术;⑦ 网络、文电、图形、数据库及基础支持和环境支持技术;⑧ 应用软件开发技术等。

3.2 通信指挥管理与频率管理及综合网络管理关系

频率管理和综合网络管理是军事通信指挥管理信息系统的重要组成部分。未来的联合作战要求通信保障能够实现无线电频率的检测和进行动态频率管理。通信指挥管理系统应能收集辖区内频率资源使用情况数据,可调阅频谱管理中心数据库数据,为通信参谋和通信指挥官制定通信保障方案和计划提供依据,并可进行频率分配和下达频率分配计划及制定联络文件。军事战场上起码存在着3个独立的指挥控制频谱使用单元:武器系统、电子战系统和通信系统。这些系统需要的带宽不断增加。以前共同存在而不相互干扰的系统频谱现在却相互侵占。频谱管理不仅要考虑通信系统的频率共用问题,而且必须考虑与情报/电子战、数据、导航、雷达及传感系统的频谱共用问题。还要考虑复杂设备和系统的电磁辐射影响问题。因而在未来战场上部队更需要整体的频谱规划与管理,必须将频谱管理纳入司令部(一般应由通信指挥部门或通信控制中心负责)的职权范围。而且环境频率在作战环境中需要根据不同的作战意图随时进行变化,这就必须进行自动化实时频率管理。

综合网络管理也是通信指挥管理的主要对象之一,是通信部队长官对众多网络实施指挥与控制的网络综合处理与显示中心。通信指挥管理中心或通信指挥控制中心是通信网综合管理系统的高级智能管理机构,网络管理的最终目的是为通信部门长官提供指挥管理决策与指挥调度服务。在通信网络管理系统中,只有专业网络管理和综合网络管理是不完整的,必须加上通信指挥管理系统才能真正实现对通信网络综合管理的指挥调度。综合网络管理要随时向通信部门长官汇报情况,通信部门长官通过综合网络管理向各专业网管下达指令。军事上,在总部级、战区级、野战集团军级都可以有综合网络管理,其每级都有相应的通信指挥管理系统(或中心)。每级的综合网络管理都是相应的通信指挥管理系统(或中心)的组成部分。每个综合网络管理之下都有专业网管作支持。综合网络管理系统中需研究的主要技术有: ① 多军兵种联合作战中多网络平台的立体组网技术研究;② 综合网络管理系统中多种类信息的格式转换及一致性和多种类信息综合处理技术;③ 多通信网的监控信息在地图(底图)和通信网络组织图上的标绘、处理、监视告警实现技术;④ 对多通信网运行状态及主要工作参数信息的格式转换和存储管理技术;⑤ 多网络管理系统中数据库信息格式规范化及其描述和数据一致性技术;⑥ 解决网络设计、运行管理问题新的技术开发方法——通信网规划设计专家系统研究。

3.3 通信指挥管理信息系统的应用软件

值得提出的是通信指挥管理信息系统的应用软件问题,系统中软件是核心,系统中硬件成本一降再降,而软件却随着系统功能的增强越来越复杂、庞大,有的软件成本已达到或高于系统总成本的60%~70%。软件质量已成为大型电子信息系统工程研制成败的关键。

通信指挥管理信息系统应用软件主要有:共性应用软件(如文电处理应用软件、数据库处理应用软件、图形图象处理应用软件、安全保密应用软件),专用应用软件(如指挥控制应用软件、通信装备器材处理软件、通信指挥辅助决策软件、通信值班交班处理软件、通信训练软件、通信机要软件等),测试维护软件,操作培训软件等。

4 结束语

随着时间的推移和技术的进步,军事通信与通信指挥管理信息系统的技术与内涵也在不断地发展和完善,对通信系统和通信指挥管理信息系统会提出更高的要求,也会有更新的技术应用于系统中。

参考文献

通信与信息系统 专业简介 第2篇

学科概况

通信与信息系统是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，是国家国民经济的神经系统和命脉。

本学科所研究的主要对象是以信息获取、信息传输与交换、信息网络、信息处理及信息控制等为主体的各类通信与信息系统。它所涉及的范围很广，包括电信、广播、电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测、遥感、电子对抗、测量、控制等领域，以及军事和国民经济各部门的各种信息系统。

本学科与电子科学与技术、计算机科学与技术、控制理论与技术、航空航天科学与技术以及兵器科学与技术、生物医生工程等学科有着相互交叉、相互渗透的关系，并派生出许多新的边缘学科和研究方向。

学科研究范围

1.通信理论与技术

信息论，编码理论，通信理论与通信系统，通信网络理论与技术，多媒体通信理论与技术等。

2.电子与信息系统理论与技术

数字信号处理，数字图像处理，模式识别，计算机视觉，电子与通信系统设计自动化等。

3.控制理论与技术

智能控制系统，非线性控制理论，工业监控系统设计等。

通信与信息系统培养目标及研究方向

培养目标

研究生应掌握通信科学、信息科学领域坚实的数理基础和系统的专门知识，并具有电子科学、计算机科学以及控制科学方面的一般理论与技术：能从事通信、信息科学及相关领域的科研开发与教学工作；热爱祖国，献身于伟大祖国的社会主义建设事业，有严谨求实的学风与高尚的职业道德；较为熟练地掌握一门外国语。

主要研究方向

1.数字图像处理与模式识别

2.通信系统数字信号处理

3.信息工程与计算机控制

4.电子与通信系统设计自动化

5.信息网络与信号编码

6.多媒体系统及应用

就业去向

适合邮电部所属各邮电管理局及公司从事科研、技术开发、经营及管理工作，也可到军队、铁路、电力等部门从事相应的工作。

推荐院校

基于公网通信采集电能信息系统 第3篇

关键词：载波； GPRS；集中抄表模式

1.公网通信采集电能信息系统的技术选择

本系统技术实现方案中以建筑单元为基础单位，每个集中的建筑单元安装数据采集器，采集器与电能表组成本地RS485通信网络，电能表数据汇总到数据采集器内，在每个数据采集器上加装网络通信模块，数据采集器与主站组成无线局域网，主站可实时查询数据采集器数据内各电能表数据，采集用户用电信息。

2.系统结构和框架

A.功能介绍

a.主站系统部分

主站系统包括前置机软件[规约插件]、应用服务器,WEB服务器。

表现层：利用WEB方式实现,为客户操作界面，系统的客户功能大部分在这里实现，可运行于网络的任何节点

应用层：接收客户端命令并做相应处理后转发前置机,接收前置机数据转发后台;实时数据统计、分析，根据分析结果形成相应的事项或结果数据;计划任务的处理。

支撑层：应用服务器远程操作命令，调用相应规约解析，并下发到远方终端;接收终端数据调用规约，解析为应用服务认知的数据格式，并将数据发送到应用服务器;动态管理、维护通道，监测通道运行状况.各种接口的实现;

数据层：定义数据的存储和备份机制,确保数据的安全和准确。

b.通信系统部分

无线采集器部分：HY-GP01A远程集中抄表终端（以下简称终端）是用电现场管理系统中的重要终端设备之一。主要用于解决抄表全覆盖问题。终端通过一个485抄表口可以实现32电能表的召测，并以GPRS无线通信的方式将电表内相关信息随时按主台的命令发向主台。同时，本终端具有全播和选播功能，便于电力部门有效管理。

本终端由性能优良的工业用GPRS模块、高性能的ARM7主控芯片为核心的主控单元以及指示模块、电源模块等组成。终端采用阻燃型ABS外壳，外形小巧轻便，电磁兼容性好，抗干扰能力强。终端体积小巧，壁挂式结构，调试及维修方便，可在强电磁干扰等恶劣环境下长期可靠地工作。

B.功能和基本配置

抄表RS485接口：1个，速率600bps~9600bps。

当地RS232通信接口：1个，速率9600bps，信号TD，RD，RTS。

工作状态指示：运行、报警、GPRS在线、参数变更、遥信、485收发和GPRS电源、网络、RX、TX。

a.参数设置与查询

终端地址可用PDA设置及查询。

终端能由PDA和主站设置与查询GPRS参数、表计参数等。

电能表数据采集：1路485接口，实现32块电表的有功电能示值等基本数据的采集及数据冻结功能，包括小时冻结、30天日数据冻结等。

信道特征：信道采用GPRS公网信道，通信模块采用中兴的ME3000模块。

模块传输特性：符合《中兴通讯 ME3000模块技术规格书（V1.0）》。

频段转换：模块自动在850MHz、900MHz、 1800MHz和1900MHz间切换。

b.结构和机械性能要求

结构：终端外壳应密闭，符合室内使用条件。

机械性能：外壳要密闭并加封，防止非法操作。能承受常规运输条件下的振动、冲击，设备不损坏，零部件不脱落。

振动试验：受试设备不包装，不通电，固定在试验台中央。

试验频率：10HZ~150HZ。

交越频率：60HZ。

f≤60HZ: 定振幅0.075mm。

f＞60HZ: 定加速度10m/s（1.0g）。

每轴线扫描周期数：10。

c.安全性及电磁兼容特性

绝缘电阻：输入、输出回路对地和各回路之间的绝缘电阻值：正常試验条件，不低于10M；湿热条件下，不低于2M。

工频耐压：电源回路、交流电量输入回路、输出回路各自对地及电气隔离的各回路之间以及输出继电器常开触点回路之间，能承受额定频率为50Hz、有效值为2kV的交流电压，泄漏电流小于5mA，时间1min的工频耐压试验。试验中不应有电弧、放电、击穿、损坏。

冲击耐压：以峰值6 kV，波形1.2/50 s的脉冲，加于电源回路、交流电量输入回路和无电气联系的各回路之间，正负极性各10次，不应有电弧、放电、击穿、损坏。

抗工频磁场影响：50 Hz，400A/m。

抗静电放电影响：8kV。

抗电源瞬变影响：终端在电源电压突降及短时中断时，终端不应发生死机、错误动作或损坏，电源电压恢复后，存储数据无变化，工作正常。

抗传导性高频电压影响： 1 MHz高频衰减振荡波，电源共模2.5 KV,差模 1.25KV，其余1KV。

抗浪涌干扰：电源口共模4 KV，差模2 KV，其他口1KV。

抗电快速脉冲群干扰：电源口4 KV，其他口1KV。

辐射电磁场抗扰度：射频辐射，80MHz~1000MHz，10V/m。

可靠性指标：终端的平均无故障工作时间（MTBF）大于25000小时。

3.技术特点

现场组网采用电表与采集器组成RS485总线网络，RS485总线网络可靠性好；电表连接在本地RS485总线网络，与无线远程网络隔离，不易受攻击，安全性高；采集器与主站通过GPRS网络组成无线局域网，取消了传统模式下的载波通信层，网络层次少，可靠性增强；系统组网简单，现场设备层次节点少，便于排查故障；

4.结束语

信息通信系统 第4篇

3G技术是包括很多蜂窝移动通信在内的一个大系统陆, 其中典型的蜂窝移动通信有无绳电话、地移动通信和卫星移动通信等等, 被形象地称作为神奇的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”。3G技术可以向公众提供如慢速图像、电视图像和高速数据等各种宽带信息业务, 它的带宽要超过2 MHz, 并且它的传输速率可以达到2 Mbit/s以上, 3G技术提供的这些宽带信息业务是前两代产品所提供不了的。

在卫星移动通信指挥系统中, 决定系统容量的关键因素是源于CDMA存在多址干扰 (MAI) , 因为CDMA多址接入方式在该系统中得到广泛运用。无疑, 消除CDMA存在多址干扰 (MAI) , 可以实现卫星移动通信系统与3G技术有效对接、互联融合, 可以大大提升有限的卫星转发器频率资源的利用效率。

1 卫星通信指挥系统

卫星通信指挥系统指的是利用卫星通信技术提供移动业务, 并指挥通讯信息的发送、传输、存储和处理的通信系统。卫星通信指挥系统具有非常典型的特征, 即都是通过卫星中转站给所有的用户提供各种移动通信业务。因此, 卫星移动通信系统实质上就是现代移动通信和传统卫星通信相互结合而诞生的产品。

1.1 多址访问方式

卫星通信系统的一个显著特点便是具有多点对多点或多址访问的通信能力。其多址方式主要包括FDMA、SDMA、TDMA和CDMA, 与地面上的移动通信中的多址方式极为相似。

卫星通信系统的独特优势表现在其多址访问能力。但是, 如果地球站的多个联系点用同样的方式在同一个时间点对卫星进行数据访问, 就可能在卫星中产生相同频率信号从而导致发生相互碰撞, 使得对卫星的访问不能成功实现, 相同频率的信号因为发生数据紊乱, 很难被准确的处理和接收。

如何防止这种现象的发生呢?那就要科学控制所有地球站对卫星的访问方式, 采用不同的控制策略形成不同的多址访问方式, 确保不同区域的地球联络点发射出来的信号在编码、频率、时间和空间等方面有所区别, 不会在卫星上发生完全重叠, 并且能准确无误地识别卫星上传送过来的通信信号。

1.2 CDMA的应用

在卫星通信指挥系统中, 由于CDMA具有许多无可取代的独特优点, 因此得到了非常广泛的应用。CDMA应用的主要优势如下: (1) 容量限制比较小, 可以顺利地增加用户; (2) 可以扩频增益, 相邻波束之间可以使用的频率一样, 频率具有很强的复用能力; (3) 在宽带信息传输中具有良好的抗多径衰落性能; (4) 具有良好的软切换功能, 可以运用语音激活功能极大地提高容量; (5) 具有良好的抗干扰能力强, 信号频谱的接收和扩展保护性和隐蔽性良好。

2 通信系统之间融合互联的关键技术

与TDMA和FDMA两种方式相互比较, CDMA作为3G技术其中的一种接入方式, 在抗频率选择性衰落、隐蔽性、保密性、灵活性和抗干扰等多方面都有着无可比拟的优势, 并且CDMA更适合用于舰艇通信、飞机和军事应用等要求对多个地球站进行通信而且通信容量小的系统。CDMA的接入方式可以运用到卫星移动通信指挥系统中, CDMA系统在实际操作中必然存在的几类干扰包括同频道干扰 (CCI) 、码间干扰 (ISI) 和远近效应 (即在系统中强信号抑制弱信号) 。其中, ISI制约的是通信的速率, 而CCI制约的是系统的容量。

2.1 CCI的抑制

CCI也叫MAI, 它的产生是因为用户之间的相互干扰, CCI来源主要包括移动台、其他无线电通信系统或相邻小区的同频基站和同小区外的移动台等, CCI最主要的两种干扰集中在来自相邻小区信号的邻频干扰应用同一组频率信号之间的同频干扰。因为用户之间的相互干扰, 限制了CDMA系统的容量, 这是CDMA系统的主要缺陷。

传统的检测方式往往把MAI认为仅仅只是高斯白噪声, 从而使得系统容量在很大程度上降低。传统的检测方式的典型代表便是利用匹配滤波器的单入单出检测, 这种检测方式不能很最大限度地利用用户信息, 因为匹配滤波器存在着远近问题和干扰底限问题, 主要体现在以下几个方面:

(1) 远近问题:由于MAI的存在, 如果干扰用户比期望用户距基站更近, 干扰用户在基站的接收功率就会比期望用户大的多, 扩频干扰与序列之间的相关就可能比与期望用户信号之间的相关大, 于是传统的相关接收机的输出中MAl分量就可能很严重, 期望用户信号甚至可能淹没在干扰信号中。由此可见, 抑制MAI可以有效地提高通信质量。

(2) 干扰底限问题:由于干扰信号与期望信号不完全正交, 所以期望用户的匹配滤波器输出中含有MAI, 即使接收机热噪声电平趋于零, 由于MAI的存在, 匹配滤波接收机的错误概率也会表现出非零的下界, 使得相关接收机很难达到低误码率。

2.2 MUD技术

MUD技术的应用使CDMA系统的优越性更加明显, 成为提高3G性能的关键技术之一。MUD的基本思想就是充分利用扩频码的已知结构信息, 在通常的CDMA中将多径干扰与CCI当作白噪声的无用信息来处理。这是一种消极的处理方法, 实际上不论多径干扰还是CCI, 本质上并不是纯粹无用的白噪声, 而是有着很强规律性的伪随机序列信号。单纯的MUD技术的研究应用已经不能更好地提高系统的性能, 将MUD技术与其他技术相结合成为目前更为广泛的研究方向。

(1) 与编译码相结合:由于MUD输出信号将进入译码单元, 因此如果将译码与MUD结合考虑, 相互作用, 会大大改善检测性能, 提高系统容量。

(2) 与智能天线的结合:结合智能天线得到的空域信息, 将MUD技术推广到空时领域。由于空间信息的引入大大增加了检测器的输入信噪比, 并且使得MUD可以应用到过载系统, 即小区实际用户数可以多于用于区分用户的扩频码序列数, 这样进一步提高了系统容量。

(3) 与多载波技术的结合:多载波技术能够有效地克服衰落信道引起的符号间串扰, 因此将MUD引入到多载波CDMA系统, 研究频域与码域二维信号处理技术, 能够大大提高系统的抗干扰能力。

把MUD与更多的处理技术相结合将进一步提高系统容量, 改善系统性能, 但其代价是增加了系统实现的复杂度。另一方面, 虽然各种先进技术的结合可以更有效地提高系统容量, 但提高效率是有限的。

3 基于卫星通信和3G技术环境下的通信指挥系统

3.1 通信指挥信息系统的关键技术

在信息技术研究领域, 通信指挥管理信息系统是综合电子信息系统的重要组成部分, 从严格意义上来说是综合电子信息系统的分系统。同时通信指挥管理信息系统又是一个独立的电子信息系统, 它很多技术都类似于综合电子信息系统尤其是综合电子信息系统中的综合指挥自动化系统, 如图形、文电、网络、数据库及环境支持及基础支持技术等等。但通信指挥管理信息系统和综合电子信息系统有共性的同时, 也有它的特殊个性, 它以通信系统为基础但很多特点又与通信系统大相庭径, 因通信指挥管理信息系统包含了通信指挥辅助决策、应用软件技术、工程建设、通信部队指挥控制、通信指挥频谱管理、网络管理、组织管理等在内的许多特殊的技术。

通信指挥管理信息系统的关键技术包括:顶层设计技术、总体设计与实现技术、辅助决策支持技术、效能评估技术、应用软件开发技术以及图形、文电、网络、数据库及环境支持及基础支持技术等, 还包括系统中监控信息的分析、统计、显示技术以及大量不同种类信息的综合处理并且实现在图上的综合表达等等。

3.2 通信指挥系统与综合网络管理以及频率管理的关系

通信指挥系统的重要组成部分包括频率管理和综合网络管理等, 未来的通信指挥系统要求要实现动态频率管理和无线电频率的检测。通信指挥管理系统功能要求要可以通过调阅浏览和利用频谱管理中心数据库数据, 可以为通信指挥官和参谋提供依据, 并制定通信保障方案和通信保障计划, 可以下达频率分配计划、并制定频率分配联络文件实现频率分配, 并可以收集整理辖区内频率资源基本情况和使用情况相关数据, 以便为下一步研究工作做好准备。

频谱管理既要考虑与传感系统、雷达、导航、数据以及情报/电子战的频谱共用问题, 又要考虑通信指挥系统的各种频率相互共用问题, 更要考虑到庞大而复杂的系统和设备的电磁辐射造成的相关影响问题。因此, 通信指挥系统不仅需要做好频率波普的整体规划和统筹管理, 要将频谱管理纳入司令部的职权范围, 而且要进行自动化实时频率管理, 适应不同作战环境下的不同作战意图。

3.3 通信指挥管理信息系统的应用软件

应用软件是通信指挥管理信息系统的重中之重, 是系统之中的核心组成部分。随着科学技术的发展, 尽管通信指挥管理信息系统的硬件成本大幅降低, 但是软件的成本却不降反升, 应用软件的质量也成为了研制大型电子信息系统工程能否成功的关键因素, 伴随着通信指挥管理信息系统的系统构造越来越复杂、越来越庞大, 系统功能也在不断增强, 在系统造价的总成本中, 其中应用软件就占了百分之六十到七十以上。软件质量已成为成败的关键。

在通信指挥管理信息系统应用软件中, 它的主要类型有专用应用软件、测试维护软件、操作培训软件和共性应用软件等四种, 其中, 专用应用软件包括通信训练软件、通信装备器材处理软件、指挥控制应用软件、通信值班交班处理软件、通信机要软件以及通信指挥辅助决策软件等, 共性应用软件包括安全保密应用软件、图形图像处理应用软件、文电处理应用软件以及数据库处理应用软件等。

4 结语

在信息通信指挥系统中卫星通信和3G技术的地位和作用日益显现, 正是因为两者的融合互联才使得全球所有用户对广泛业务的需求得以实现, 机能互相补充, 又能在很大的程度上大大提升了经济效益。CDMA通信系统具有大容量、很强抗干扰能力和良好保密性能等优势, 而MUD技术有效地消除了CCI的干扰和抑制, 大大提高系统的件能, 提升了有限的卫星转发器频率资源的利用效率。

摘要：卫星信息通信系统是实现全球无缝覆盖、通信无盲区的关键手段, 其强大的功能可以达到空域、地域和海域三个空间全面覆盖。卫星通信和3G技术是信息通信指挥系统中的重要组成部分, 也是实现通信全球化的的基础。本文重点对基于卫星通信和3g技术的信息通信指挥系统进行了论述, 同时对通信指挥管理信息系统的特点和发展趋势及新技术、关键技术进行了研究。

关键词：卫星通信,3g技术,信息通信系统,研究

参考文献

[1]沈文, 詹卫前.AVR单片机C语言开发入门指导[M].北京:清华大学出版社, 2003:245-248.

[2]封锦昌.通信指挥管理自动化系统技术[M].北京:国防工业出版社, 2005.

[3]庞涛, 陈晓燕.ATT7022及其在交流模拟量采集中的应用[J].农业网络信息, 2006, 8:103-107.

武汉大学通信与信息系统复试 第5篇

笔试科目分为通信原理和数字信号处理两门，各占50分。每门考试一个小时，我们当时是先发数字信号词试卷，一个小时之后收卷，然后再发通信原理试卷，一个小时之后收卷。笔试题目。总体上来说，每个题目难度不大，但是知识面广，想拿高分不容易啊，我们这届的，最高分83分，超过80分的好像只有3个。一般只要稍微认真复习了的，都不会拉开很大的差距。

再说说题目。每年题目估计都在变化，我们之前不知道收集到的情报是，通信原理还有填空题，结果考试没有。

数字信号处理有三个大题，1判断下列说法是否正确，若正确，请证明，若不正确，请举反例。（10分）

（1）x(t)，h(t)为时域连续奇函数，则x(t)*h(t)为偶函数。（5分）

（2）一个LTI系统具有连续时间脉冲响应，则此系统稳定。（题目不及得了，反正只要把这一章相关的复习好应该就没有问题了）（5分）

（1）设计一个数字滤波器，给你一个模拟滤波器系统函数为,通过这个滤波器设计一个截止频率为0.2的低通数字滤波器。通过双线性变换（）。（10分）

（2）给一个x(n),求他的Z变换，并画出零极点图。（10分）

我们定义二维离散傅立叶变换如下式

（1）证明此二维离散傅立叶变换可由两个一维离散傅立叶变换逐次求得。（10分）

（2）给出一个实际的x(n)=….,x(m)=……..,求他们的二维离散傅立叶变换。（10分）通信原理，范围比较广。及得不是很清楚了

1，给出一个消息码，写出他们的AMI，双相差分码，HDB3码。（5分）

2，给出一个循环码的监督矩阵，写出他的生成矩阵，以及各码组。（5分）

3，时分复用的题。时隙啊，所占带宽啊等等。（10分）

4，用13折线率量化，求量化误差，写出编码码组。（10分）

5，给出一个信号的传输衰减率，分别采用DSB和SSB调制，求出最低发射功率（10分）（具体记不是很清楚了）（10分）

6，2DPSK调制问题，给定一个具体信号，画出调制信号波形等等。（10分）

关于面试

我们当时是统一在一个教室里面完成的，我们分了四组，每组有四个老师，所有学生也分为四组，每组派代表抽签决定本组被分到哪一个面试小组。

面试分为英语和专业面试，一般英语和专业面试分开，我们组当时是每次进去两个人，一个在英语老师那儿面试，另外一个在专业课老师那儿，记住，两个老师那儿都要自我介绍一下，我当时在专业课老师那儿紧张的都忘了搞自我介绍了。

英语面试，首先是简短的自我介绍（记住是简短的，我当时是一分钟，我准备了七八分钟的，白费了）。然后老师选一段英文让你做翻译，一般的英文都是与本专业相关的，好像是从IEEE文献中摘录的。

通信工程信息管理系统的风险管理 第6篇

关键词：风险管理；通信工程；信息管理系统

中图分类号：TN913

1 通信工程信息管理系統的风险的分类

为了深入、全面地认识项目风险，风险分类可以从不同角度进行。我们需对通信工程信息管理系统的风险进行归纳分类，并有针对性地进行管理。在通信工程信息管理系统建设过程中，可能遇到以下风险：

1.1 经济风险

由于物价不稳、市场动荡以及通货膨胀等经济原因，使项目不能如期或按照预先规定完成所带来的风险。通信工程信息管理系统的主办方和发起方主要是以“包总价”（“总价”即是以当时的物价水平进行计算的）的方式订立的合同。

在通信工程信息管理系统中，有许多操作过程中的问题没有相应的法规约束，只能靠合同约定，如物价上涨增加的成本由谁承担？总价是否根据物价调整等。而发起方因为有政府背景，在合同签订时处于有利地位，如果主办方因为有压力所以在合同中签订了类似于“总体价格不会随着物价变动改变”这样的条款，或者在合同中为说明此问题，那么主办方将会承担到因为物价浮动所带来的风险。

1.2 环境风险

通信工程信息管理系统在实施中，难免受到各种难以预料的因素影响，在建设过程中，由于光缆涉及面广，敷设在野外，沿线大部分群众能够理解并用行动支持，会对沿线群众产生影响，管理过程繁琐，引发项目风险，造成管理缺陷。经济风险是人工费用增加、材料上涨等原因所带来的风险。在通常情况下，项目计划过程中，由于工程负责人对社会环境及时间估计不足，在时间安排上过紧或过松，容易给工程造成时间风险，可能会导致光缆建设项目费用风险的增加；再如，在株洲境内通信建设过程中，在光缆运行初期，就因赔偿问题，先后两次被挖断，两次中断电路造成经济损失50多万元，之后由公安部门破案，将犯罪分子绳之以法。自然风险是指通信工程信息管理系统实施期间，遇到异常地质或恶劣的气候，有可能造成工期延期，如遇到连续的大雨、塌陷地质和坚石等。

1.3 立项风险

是通信工程信息管理系统的开始，通信工程信息管理系统立项分为可行性研究、项目建议和立项审批，决定项目能否实施，以及后续阶段风险的大小。

通信工程信息管理系统立项风险：一是由于带有主观因素，没有在对具体通信容量预测、项目进行可行性研究等的科学分析论证基础上做出的，判断不准确，设计人员水平不高使现场查勘不细致，没有深入调查研究，盲目决策、决策不科学引起的风险损失，可能会延误建设工期。如中国移动公司哈尔滨分公司进行通信工程信息管理系统时，建设单位委托有资质的设计单位编制设计文件，因该段通信区域内自然灾害频发，造成光缆经常发生阻断障碍，该段通信线路的引入选择是不合理的，由设计造成的风险的原因是预先对市场研究不够，导致施工工艺不符合要求，增加了维护成本，并给线路传输质量带来严重的隐患；二是由于相关管理人员对市场不了解，预测水平局限性所引起的。但有时由于相关人员的认识能力、技术是否符合实际、预测水平的受限、路由选择不合理，设计人员责任心不强，造成施工操作工艺风险的原因，主要是施工中遇到困难，从而产生设计方案不合理、现场监理人员把关不严、施工操作水平不高、技术装备不先进、没有按照设计要求施工引起的损失的风险。通信工程信息管理系统的立项，要根据社会发展对通信业务及沿线地区国民经济的实际需要。有的决策人员业务素质不高、过于武断，可能引起决策失误。

1.4 技术风险

技术的质量将严重影响到后续各阶段，通信工程信息管理系统确立后进入实施阶段，随之将产生技术风险。通信工程信息管理系统的整体决策是否正确、施工能否满足技术规范、设计是否合理等，会对项目的质量产生不同程度地影响。技术风险体现在：贯穿于材料采购、施工操作、设计全过程，以及材料检测手段达不到要求等产生的风险。技术风险就是指在施工期间，因为技术原因所造成的项目不能按照预先设定的时间、成本和质量标准完成检验。主要是设计和实际施工中产生的差异，有两种体现形式：一是因为设计深度不足，致使设计中存在缺陷、遗漏和错误，未考虑施工可能性等问题，未考虑地质、环境等条件，给施工带来麻烦；二是因为施工技术的经验较少致使施工时的施工工艺不达标，无法保证施工作业安全工作流程不合理等问题，难以达到设计单位的要求。

不论是哪种原因，都会将工期加长，增加施工成本，甚至返工，更会导致通信工程信息管理系统不能顺利完工交付使用。方案设计技术风险，主要是技术标准掌握不够和经验不足等因素的影响，为谋取更大利益，没有及时发现，施工单位使用了不符要求的材料，如光缆由于质量不过关，造成投产2年后不能正常使用，导致设计方案没有达到总体优化，主要是由于设计人员没有沿路由仔细查勘、责任心不强产生，由于钢绞吊线质量差，不得不提早进行部分更换。方案设计不周全，方案修改和返工的可能性增加，造成资源和时间的浪费，投产一年后开始严重锈蚀，给线路维护增加了大量的成本和工作量。

1.5 人力风险

人是项目的管理者、决策者和实施者，任何项目的都需要人来完成。通信工程信息管理系统建设的全过程是由人来完成的，实施的决策、设计、勘察、计划、材料购置到施工。例如设计人员的责任心不强，由于设计不合理，引起设计变更不断，导致预算的偏离度过大，甚至有重大失误，给工程项目造成巨大损失，这些都会导致项目施工费用超支或竣工时间大大延误。

2 通信工程信息管理系统风险应对措施

2.1 降低技术风险应对措施

对于通信工程信息管理系统的设计风险采取多轮、多层次、多专业论证的方法予以规避。采用风险缓解的方法，来解决后期的实施过程中出现的前期设计风险。加强挽救和应急方案的实施力度。由于项目周期过长，项目的设计方案有着明显的超前性，不能按照现有的国家标准为方案提供参考和评估依据，所以对于标准，规范所产生的风险应当使用专家组会审，然后设计施工方案。

通过详細、准确、完备的施工计划来预防风险事件的发生。施工组织多轮的设计并且通过多轮的审核，但是因为大型工程项目都有较大的差异，所以尽管结构类似也不能相互移植，只能通过风险规避和缓解来解决。

咨询机构依靠自己的设计来赚取咨询费用，而不是依靠卖产品和设备来提取佣金。这就使他们有可能真正保持“中立”，有可能摆脱工程项目管理组对某种项目的倾向性，降低合作风险，当好企业的参谋。随着在竞争环境中咨询行业的逐步规范发展，尽管目前咨询业的发展还并不是非常完善，但是可以相信，咨询公司的“中立”性会进一步的加强。

2.2 降低管理风险应对措施

通信工程信息管理系统施工点多、投资大、施工专业多、施工面积大，招投标、监理、项目管理公司等项目咨询企业也很多，管理跨度大、层次多，组织机构设置既要满足项目管理方方面面的要求又要简单，要在项目规划期就做设计好组织机构，还要在项目实施过程中出现的此类风险时能够快速改变组织结构，采取缓解的措施，原则上主要采取风险控制的措施来对待此类风险。

通信工程信息管理系统主要通过风险规避和自留来解决项目管理的计划工作风险。如通过增加项目风险储备金、广泛获取信息以合理地规避，运用成熟的方案等方法、增加项目资源来规避风险，如果风险可以自行承担，可以采用风险自留的方法，如果不能自行承担则将风险尽量的转嫁个相关单位，最大程度上降低风险对整个项目造成的危害，例如跨区域文化沟通风险，就是一个非常难控制的风险。

通信工程信息管理系统中，完工风险也是一个非常重要的风险，在项目的制定和设计阶段就要充分注意到后期施工组织设计的系统行，详细考虑到各方面可能对进度造成影响的风险，充分准备，提前计划，快速反应，减少风险的发生，如果发生问题要尽量减少损失，还要避免产生连锁反应，例如，因为通信工程信息管理系统的土建施工计划不周详，导致进度延误影响了钢结构施工进度，钢结构施工进度又影响到了屋面施工进度，致使整体进度滞后。项目的质量风险要在之前详细的分析，积极的预防，发生后要积极使用方法将损失尽量降低。

为应对项目实施过程中合作风险，很多信息被收集和反映出来，例会也扩大到了项目管理小组和项目实施小组两个层面，例会的周期由每月一次缩短到了每2周一次，并且越来越多的问题都在例会上被提出来讨论、决定，讨论改造功能风险计划、设计调整、进度控制等方面的问题。通过例会机制的建立。

同时，制定切实可行的项目进度计划：根据项目总体目标，项目小组将实施过程划分为若干阶段，细化后的项目计划更利于项目的实施，并为细化项目长达数月年的实施过程，使目标更加具体，为每个阶段制定了具体的阶段目标、工作内容等。

2.3 降低组织风险应对措施

由于通信工程信息管理系统的建设和应用，改变了原有的一些流程，改变了原有一些风险管理模式，为应对项目的流程重组带来的风险，项目小组主要采取了以下措施：

打破部门的界限，向项目相关的各部门宣贯流程管理的意识。通过持续、深入地对上至公司领导层，向这些人员宣传、灌输通信工程信息管理系统风险管理的相关知识和信息，项目实施的管理人员、相关人员。

除了上述的常规风险，还有一些合同风险和信用风险。主要使用转移、控制、自留的方法来解决。

对于通信工程信息管理系统各相关方的合同风险来说，由于项目的特殊性，在合同签订时无法将所有风险考虑在内，但是可以通过广泛的获取信息，制定细致的合同、在合同中制定相应的工程担保条款、工程保险来规避或者是转移风险，如果风险损失影响不大的话，可以自己承担。

对于通信工程信息管理系统实施工程中，也会出现信用风险来说，在招投标期间主要筛选来自各行各业、全国各地的项目管理单位的商业伦理。同时严格考察项目相关合作单位的信誉，并在合同中加入一些合理的担保来转移风险，规避风险和转移风险是对信誉风险有效的主要方法。

参考文献：

[1]魏科.通信工程建设项目中的进度管理[D].中国海洋大学，2008.

[2]华豹.通信工程项目管理系统的分析与实施[D].北京邮电大学，2008.

[3]刘立新.通信工程项目质量管理研究[D].北京邮电大学，2008.

作者简介：陈广（1979.09-），男，海南海口人，网管中心主任，初级职称，本科，研究方向：信息安全、网络与通信技术。

用电信息采集系统通信方案对比研究 第7篇

关键词：用电信息,采集,通信,应用

近年来, 国家电网公司提出了发展“坚强智能电网”的战略目标。用电信息采集系统作为电网和客户之间信息化、自动化、互动化的智能双向平台, 是建设智能电网的重要组成部分。其主要功能是实现变电站、公变、专变、居民用户的是负荷和计量异常监测与电量集抄管理。

用电信息采集系统的建设中, 选择稳定、可靠、实时、安全的通信方式是保证系统安全稳定运行的关键。直接影响着集中器与主站, 集中器与采集器 (电能表) 之间通信的可靠性和采集成功率。目前, 常用的用电信息采集系统远程通信方式主要有电力光纤、无线专网和无线公网3种方式, 常用的本地通信方式也有电力载波 (包括电力宽带和电力窄带) 、RS-485、微功率无线3种通信方式。如何根据地理环境和低压用电网络分布情况, 合理选择本地和远程通信方式对用电信息采集系统后续建设和推广应用有决定性的意义。

1 用电信息采集系统系统的基本原理

用电信息采集系统主要由智能电能表、采集器、集中器 (采集终端) 、通信信道、主站、应用管理系统构成。如图1所示。

智能电能表具有精度高、智能费控、电价电量信息存储、余额报警、远程信息传送等功能的计量装置。部分电能表内置了载波或微功率无线通讯功能的采集模块。采集器通过RS-485接口采集电能表用电数据信息, 并将数据上传到集中器。集中器是用电信息采集系统的关键设备, 它通过本地通信信道与采集器或具有采集通信功能的电能表通信, 获取和暂时存储用电信息, 并根据主站的命令, 通过远程通信信道上传数据或接收传送命令。主站是以建立在公司的数据存储系统为核心, 执行用电采集子系统的数据采集任务, 实现用电信息的集中存储、管理和分析。并对SG186营销管理系统、营销辅助决策系统等管理子系统提供电量电费统计查询、线损分析等数据支撑。

2 信息采集系统通信方案及比较

2.1 远程通信方案介绍

目前比较成熟的用电信息采集系统远程通信主要有电力光纤专网、无线公网 (GPRS、CDMA) 、无线专网等3种方案。

2.1.1 电力光纤专网

光纤专网主要以公司变电站光纤主网和近期投运的农网光纤通讯工程为依托, 投资建设配电台区延伸光纤网络。具有传输稳定可靠、抗干扰能力强、带宽高和传输距离远等优点。但分析固原地区配电台区布点分散、中压供电半径大、地势陡峭、用电量小等特点, 建立光纤专网投资巨大, 维护不方便, 且不能达到很好的经济效益。

2.1.2 无线公网

无线公网主要基于GPRS (通用分组无线业务) 、CDMA (码分多址) 和3G通讯技术, 实现远程通信。具有实时在线、登陆快捷、通信稳定、按量收费、高速传输等优点。同时, 以投资少, 建设周期短和后期调试、维护简单等特点在用电信息采集系统远程通信方案中广泛推广。但也有依赖性强、系统安全性不高等缺点。

2.1.3 无线专网

无线专网主要是以230MHZ (国家无线电委员会分配的电力传输专用频段) 无线电力专网自组网技术建立远程通信网络。其采用点对点通讯方式, 通讯速率高、响应速度快、设备安装方便, 可经济有效地消除无线通信盲区, 而且自组网技术设备安装方便, 调试维护简单。但在集中大规模组网时, 存在抗同频信号干扰能力差, 网络通信传输能力较差的缺点。

2.1.4 远程通信方案比较

2.2 本地通信方案介绍

用电信息采集系统本地通信主要有RS-485、电力载波、微功率无线3种通讯方式。下面对3种组网方式进行分析对比。

2.2.1 RS-485总线通信组网

RS-485总线通信组网是采用RS-485数据线作为智能电能表与采集器, 采集器与集中器的通信信道。其组网结构如图2所示。

RS-485数据线作为专用的有线通信信道, 具有通信可靠性高, 实时性强, 距离远 (通讯距离可达1000m) , 不受配电台区限制等优点。但这种组网方案要求将数量庞大的居民用户和中小动力用户表计用RS-485数据线连接起来。需要大量布线, 施工工程量大, 安装、维护费用较高。

2.2.2电力载波通信组网

电力载波通信是利用电力线路作为通信介质, 实现载波智能电能表与集中器之间的通信。其电力载波通信技术相对成熟, 具有无需布线、投资小、安装维护简单、易扩充等优点。但由于受电力线的高衰减、低阻抗、谐波干扰、相邻台区载波信号干扰等因素影响。电力载波通信距离大幅缩短, 速率低, 可靠性不高, 实时性不强, 系统不稳定, 不能跨台区抄表。

2.2.3 微功率无线通信组网

微功率无线通信是通过微功率无线电通讯模块 (发射功率一般在100mw以下的无线通信都可称微功率无线通信) 发射和接收信息。

微功率无线通信组网具有无需布线、通信可靠性高、网络稳定、可跨台区抄表等优点。采用无线自组网通信技术, 工程安装简单、组网灵活、容易维护。但容易受环境干扰, 穿透墙体和建筑物时信号衰减较大。

2.2.4 本地通信方案比较

3 通信方案选择及应用

以上介绍的远程和本地通信方案各有优势和不足, 但任何一种方案都不能完全解决信息采集系统通信的所有问题。因此, 只有根据表计安装情况和现场环境选择合适的通信方案, 同时充分发挥不同通信方案的优点实现功能互补。以提高信息采集系统的采集成功率。

1) 在配电台区比较集中, 配电网络较为完善的城市地区, 应结合城市配网改造和配电自动化建设, 开展光纤通信网络建设, 大力推行电力光纤为主的用电信息采集远程通信方案;

2) 在城市发展基本定型的老城区、郊区, 由于光纤施工不便。应优先选择无线公网 (GPRS、CDMA) 作为用电信息采集系统的远程通信方案。条件成熟的可建设无线专网;

3) 由于固原的农村地区人口居住分散、乡镇距离远, 建设电力光纤和无线专网投资成本过高, 应以无线公网实现远程通信;

4) 在智能电能表安装比较集中, 容易布线的新建小区可结合小区电力线路布线, 大力推广RS-485数据总线的信息采集系统本地地通通信信方案;

55) 在智能电能表安装集中或分散、不宜布线但低压线路状况较较好好, , 线路半径小, 负荷波动小, 谐波较少的小区可优先选择电力力载载波波作为本地通信方案;

66) 在低压线路比较差的台区, 如城乡结合部, 动力、商业、照明混合存在或线路过长的台区不宜使用电力载波通信, 应以微功率无线本地通信方案为主;

7) 在电能表安装分散、不易布线, 无高大建筑物阻碍信号的小区或农村地区, 选择微功率无线作为本地通信方案可有效避免负荷波动和线路的影响, 提高采集率。

4 结论

用电信息采集系统承担着用电信息自动采集、高效共享和实时监控的重要任务, 是智能用电服务体系的重要基础和用户用电信息的重要来源。通信方案的选择和应用是用电信息采集系统建设中的难点, 直接决定着用电信息采集系统的建设成败和能否发挥其重要作用。本文通过对用电信息采集系统常用的本地通信方案和远程通信方案的分析和比较。结合现场环境, 分别提出了针对不同地理环境的用电信息采集系统通信应用方案。为用电信息采集系统的建设有参考和指导意义。

参考文献

[1]李中年.电力通信[M].北京:国防工业出版社, 2009, 5.

[2]邓建斌, 叶洪江.低压集中抄表技术现状及发展[J].电力技术, 2010 (9) .

[3]姜海.用电信息采集系统远程通讯方案[J].电力系统通信, 2010 (10) .

[4]杨新海.低压电力用户集中抄表系统[J].智能仪器仪表, 2008 (10) .

基于人体通信的信息交互系统设计 第8篇

人体通信技术是一种新型的无线通信技术,其将人的身体作为通信媒介,实现信息在人体传输。与传统无线通信相比,该技术具有低功耗,高信息安全性,以及人体低辐射性等优点。利用人体通信技术自身优点可以较好地实现WBAN的安全互连。同时,WBAN应用中,数据的双向交互意义重大。例如:社交场合中,两人或多人通过接触、拥抱、握手实现彼此的信息共享;在娱乐场合,音乐播放器与耳机之间的数据交换;在健康领域,健康生理信息的交换等。

本文针对WBAN双向信息交互的需求,采用人体通信技术,设计并实现了信息交互系统。

1 总体架构

1.1 人体通信技术

人体通信信号传输方式基本分为3种:简单电路、静电耦合及波导传输[3],如图1所示[3],简单电路属于电流耦合,而静电耦合和波导传输都属于电容耦合方式。在第一种实现方法中,简单电路方案主要将人体作为一个导体,虽然该实现方法简单,但是需要额外在体表增加一根传输线,用作信号回路。对于静电耦合方式,必须要求节点良好接地,这种传输方式在Zimmerman的个域网(PAN)研究课题中有体现[2]。虽然静电耦合方式不需额外在体表增加一根传输线,但周围电磁环境对该种方式的传输质量会造成较大影响。在波导传输中,主要是将人体作为波导,通过一终端产生一个高质量电磁波在人体身上进行传输,并被另外一个贴在人体身上的终端电极接收到,这种方式既不需要额外的传输线,又不会受到人体周围的磁场环境影响。

电流耦合与电容耦合之间差异主要体现在以下5个方面:

1)耦合电极:

电流耦合方式需要采用多个电极,电极的材料、大小都会对信道增益产生影响,且电极需要与皮肤直接接触[4];电容耦合方式在收发端只需各采用一个电极,电极材料、大小不会对信道增益造成影响,且无需直接接触皮肤[5]。

2)通信频段:

电流耦合方式工作在1 MHz以下[4];电容耦合方式工作在1～100 MHz之间[6,7]。

3)通信数据率:

电流耦合方式由于在同一端的电极对短路了大部分的电流,数据率小于1 Mbit/s[8];电容耦合方式可以达到10 Mbit/s[9]。

4)通信链路稳定性:

电流耦合方式与地无关[4];电容耦合方式的地回路受周围环境影响较大,随着地特性的差异,信号质量也会发生变化。

5)系统体积:

电流耦合需要多对电极,且收发端电极对不能靠得太近。因此,电流耦合方式的系统体积较大,不便于集成,且需要与皮肤直接接触,会有安全疑虑,体验度不好。电容耦合方式只需一对电极,系统相对较小,且无需直接接触设备。

考虑到系统体积,通信数据率、耦合电极等因素,本方案中采用了波导传输的信号传输方式。

1.2 系统硬件设计

人体通信信息交互系统系统主要在以LPC3130+FPGA(CycloneⅢ)为核心处理单元搭建的平台上实现的,FPGA选用Altera公司Cyclone系列的一款IC。由它们搭建的核心处理单元能够充分满足系统对资源、速度和性能等的需求。核心处理单元主要完成对外设的控制、传输数据的生成和接收数据的处理等功能。系统主要由主(Host)和从(Device)两个节点组成,二者的硬件构成没有区别,主要包括核心处理单元、数据存储单元、信号处理单元、放大滤波单元及电极等[10],如图2所示。

系统主从节点工作模式主要分为空闲模式、发送模式,以及接收模式。节点上电后,系统进行一系列的初始化后,进入工作模式。

1)低功耗模式:

可以通过外部中断方式将其唤醒,可以利用信道能量监测或触摸检测方式触发中断,由低功耗模式唤醒后,进入发送模式。

2)发送模式:

(1) ARM处理器先从存储单元中获取要发送的数据;(2)将数据发送至FPGA,FPGA在获取到待发送数据后,对数据帧进行编码,调制,添加CRC16等一系列处理;(3)数据经FPGA处理后,经由一I/O口串行输出,经滤波后将数据发送到电极片。

3)接收模式:

(1)首先由电极通过电容耦合方式将信号接收下来;(2)通过滤波器模块进行滤波;(3)经由检波器对信号进行检波,检波器中心频率受FPGA控制;(4)将解调信号传输给放大器、比较器;(5)接着传输至FPGA,FPGA对其数据处理后,传输给ARM处理器;(6) ARM会对接收数据进行帧解析,CRC16校验等,并通过显示模块实时显示传输状态。

系统硬件调试:通过利用示波器分别探测发送端电极板输出、接收端滤波器输出、运放输出,以及比较器输出。实时信号波形见图3所示,信号经过滤波、检波、放大等处理后,波形完好。即使信号中存在部分噪声,但高低电平间的裕度足够大,合理调整比较器阈值电压,不会影响到信号的判决,导致逻辑错误。

信号中的噪声主要来自两个方面:1)信号在接收时,通过人体的电容耦合效应,将周围环境中的电磁干扰耦合到有效信号中。2)另一部分主要是系统硬件设计:(1)采用绝缘地的方式,PCB板的参考地设计不合理,导致“地弹”现象发生;(2)电源完整性设计及系统时钟电路,亦会产生叠加噪声。

1.3 系统软件设计

人体通信信息交互系统软件实现主要包括两部分,一是ARM处理器的软件部分,二是FPGA的软件部分。

1.3.1 ARM软件部分设计

ARM软件通过利用有限状态机(FSM)实现了包括外设的控制、MAC协议、帧的定义、生成及解析等功能。因为FSM具有以下优势:灵活性强;调试程序简单;基于软件的FSM,易于实现循环及复杂时序控制。

1) MAC简要介绍

ISO/OSI-IEEE802定义了节点参考模型,所有的中心节点(Hubs)和子节点(Nodes)其内部划分为物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)层,Nodes和Hub的通信在MAC层和物理层中进行。在Nodes或Hubs内,MAC层通过MAC服务访问接口(SAP)为MAC终端提供服务,而PHY层通过PHY层SAP为MAC提供服务[11]。

2012年,IEEE颁布了IEEE802.15.6通信标准,它主要是针对于NB、UWB及人体通信提出的一个通信标准。标准规定了MAC层3种通信模式,分别是信标不使能的超帧模式、信标使能的超帧模式、既不使用信标帧也不使用超帧的模式。带信标周期(超帧)的非信标模式下,如图4a所示,在任何超帧(信标周期)中,Hub只有管理接入阶段(MAP)。信标使能的超帧模式,如图4b所示,需要一个网络协调器进行网络管理,包括上传和下载时隙的分配、时间同步、信道接入、流量控制等方面。无信标周期(超帧)的非信标模式下,Hub提供包含TypeⅡ轮询分配的未安排双向链路分配间隔[11]。

考虑到系统设计节点数目有限,网络结构相对简单。采用非信标的超帧模式,因其帧结构简单,控制容易实现。在该模式下,所有命令及响应时隙均由主节点(Hub)统一控制分配。

2)节点工作流程

节点中所有的命令都是由主节点发起的,从节点不能发送命令,从节点ARM接收到主节点命令时,对命令进行解析,比较命令中的CRC16,当检测到CRC校验正确时,发送ACK;否则,发送NAK。主节点工作流程如图5所示,从节点工作流程如图6所示。

3)自定义传输帧数据格式

主从节点中具体的数据传输格式如表1所示。首先发送的是1字节帧长度信息(帧长度最大255,不包括CRC16);接着是1字节传输命令信息;然后是长度可变的数据信息;最后是2字节CRC16校验数据,传输帧高位在前,低位在后。

1.3.2 FPGA软件部分设计

1) SPI:

FPGA通过SPI模块与ARM进行数据传输,当成功接收1 byte数据后,SPI就将数据写入到TxFIFO中缓存。

2)TxFIFO:

TxFIFO模块缓存通过SPI模块从ARM接收到的数据。当TxFIFO为空时,FPGA发送完所有接收到的数据,此时FPGA把TX＿DONE输出电平置1,通知ARM可以发送新的数据;当TxFIFO接收的字节数等于Frame Length的值时,说明整个帧已接收完成,此Transmitter状态机可以开始进行编码,添加CRC16及调制输出。

3) RxFIFO:

RxFIFO模块缓存Receiver从模拟前端接收到的数据。当RxFIFO接收的字节数等于Frame Length时,FP-GA已经成功接收到一帧数据,此时FPGA把DONE电平置1,通知ARM可以读取数据;否则FPGA把DONE信号拉低,ARM此时不能读取数据。

4) Transmitter:

Transmitter模块是一个有限状态机,用于对要发送的数据进行编码,添加CRC16和调制输出。

5) Receiver:

Receiver模块是一个有限状态机,用于采样模拟接收前端输出的串行信号,数据解码。Receiver首先开始进行有效数据采样解码恢复数据,每成功接收1 byte数据后,Receiver将该数据写入RxFIFO,当成功接收一帧数据后,FPGA会切换工作模式,进入Transmitter状态,准备发送下一帧数据。

1.3.3 软件调试分析

软件调试主要借助于逻辑分析仪捕获SPI接口上的信号,通过逻辑分析仪进行总线分析,捕获到实时传输帧的数据序列,如图7所示。

1.4 系统误码率测试

为了分析信道及硬件系统的可靠性及评估通信质量,设计误码率测试方案如图8所示。

设定信道传输数据率为1 Mbit/s,传输107字节(8×107位)数据大概需要8×107/106=80 s,选取8个人进行测试,年龄在23～31岁之间,每个人测试5次,最后进行误码率统计,见表2。测试过程中,首先测试人员搭建试验平台,并检查其工作是否正常;然后,对受测对象进行检查,保证受测对象双手保持洁净,避免对统计结果造成不必要影响,并要求将双手分别放在收发器的两个电极板固定的位置,保证测试条件的一致性;最后,测试人员确定实验对象已达到测试要求,即启动信息交互系统进行传输,并对结果进行记录。

为了能让接收板进行自动错误检测,发送的数据采用了从0x00到OxFF循环发送,接收板每次比较本次接收的数据和上次接收的数据,如果本次接收到的数据与上次接数据相差为1,说明数据正确,否则有误,测试结果如表2所示。

由式(1)求得该通信系统的误码率约为1.46×10-8,可以充分确保通信系统的可靠传输。通过表2可以看出,通常,男性误码率相对较低,女性则相对较高,每个女性都出现了不同程度的误码率,且最严重的误码现象主要发生于同一被测对象,这跟个人生理特征的差异性有关,不同类型的人,信道模型参数会存在较大差异。实验中,若在女性手上涂有油脂性材料,亦会出现较明显的误码现象,主因是系统采用电容耦合方式,油脂性材料会改变电容耦合通路的介电常数,对通信信道产生较大的影响,导致通信质量下降,误码率增加。

2 结论

为了满足信息交互系统的可靠性,文中选用波导传输的信号传输方式,考虑到系统网络结构相对简单,设计MAC层协议时,主节点通信模式选用非信标超帧模式。研究结果表明,所设计的方案能通过将人体作为传输媒介实现稳定通信,包括数据传输率、误码率等参数都达到了通信质量基本要求。下一步研究工作将主要集中在:1)提升系统的数据传输率;2)设计更复杂的人体通信网络模型,推动IEEE 802.15.6标准MAC层协议的实现,从而进一步促进人体通信技术的发展与应用。

参考文献

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通信工程项目信息管理系统研究 第9篇

一、通信工程项目信息管理系统的结构分析

通信工程项目信息管理系统由内外两部分结构组成, 通信工程项目信息管理系统的结构一定程度上决定了管理系统的作用与效率, 而这一点也是其与企业信息管理系统最明显的区别。通信工程项目信息管理系统建构十分复杂, 涉及到多个方面, 常见的有前期的规划设计、实际勘察设计、设备的制造与定时供应等, 涉及方面的繁多对信息管理系统的功能与结构也是不小的挑战。我们重点分析其内部结构, 主要包括项目的造价管理、项目的进度管理、项目的合同管理、项目的物质管理、项目的档案管理、项目的决策管理、项目的办公管理等, 不同的工作阶段, 每个管理系统的作用不同, 或强或弱。例如在前期规划阶段中, 重点的是项目图档的管理与项目设计的管理, 再例如在实际工作阶段, 项目的造价管理、项目的质量管理、项目的进度管理作用凸显, 成为该阶段管理的重点。

二、通信工程项目信息管理系统的流程分析

(一) 流程设计中需求管理模块的流程分析。

需求管理模块的设计要求虽然要满足各个部门的需求, 但是设计要求上相对简单, 配合提出一般的需求岗位即可, 一般需求提出岗位一般包括需求管理岗位、投资预期设计岗位、计划主任岗位、需求审批岗位。设计中由需求管理岗位记录各部门的需求, 在记录需求管理时要做到全面与仔细, 做到各个需求部门需求的不遗漏。在完成需求管理的记录后进入下一个环节的审批, 审批工作由指定的需求负责人完成, 需求负责人的身份一般是各部门的主要领导, 在完成需求审核之后进行需求的上报与汇总。

(二) 流程设计中立项管理模块的流程分析。

立项管理模块主要服务于项目投资, 包括项目投资管理岗位与项目主任使用受理、项目审核、项目确定, 流程相对比较简单。

(三) 流程设计中资源调配管理模块的流程分析。

资源调配管理模块主要服务于资源调配室。涉及的内容有资源的调配管理岗位、调配室主任的资源调配与项目设计审核。

(四) 流程设计中工程管理模块的流程分析。

工程管理模块主要为工程建设室服务, 是工程建设岗位与工程审批岗位从初期的工程项目受理到工程信息任务派送所涉及的一些类活动。具体流程为:首先由工程的管理人员进行项目的受理, 在受理之前要重点查看项目的采购状态, 以此为依据制定项目施工任务书, 在完成立项与审核之后具体下发到施工部门, 施工部门开始进行项目的施工与软件的研发, 工程管理流程中主要负责项目的受理与停工事宜。

(五) 流程设计中的设计管理模块的设计分析。

顾名思义, 设计管理模块主要负责项目的管理工作, 具体体现为设计所所长和设计员之间的表单与数据事宜的处理与沟通, 内容比较简单, 全责比较明确, 在这里不做过多赘述。

(六) 流程设计重视审计管理模块的流程分析。

设计管理是流程设计中的末端环节, 供设计管理与审计审批使用, 主要包括项目工程的初审、复审, 并负责起草具体的审计报告, 编写最终的审计决定。

结束语

本文通过分析通信工程信息管理系统的结构、设计发展流程与运行基础等三方面对现有的通信工程信息管理系统进行了深入分析, 旨在探明通信工程信息管理系统在发展中存在的问题, 进一步明确设计流程, 为今后的通信工程信息管理提供更加科学, 更加合理, 更加具有实践性的指导建议与指导意义。在现有分析的基础上深入研究通信工程信息管理的改进方式, 提高通信工程项目管理的完善度与合理性, 从而推动我国通信信息工程信息管理系统的改进与发展, 推动我国的信息化进程。

摘要：随着信息化时代的到来, 信息化与网络化给人们的生活、学习与工作带来了诸多便利, 信息实现的背后是一个复杂精密的通信工程项目群, 因为这个信息工程群的支撑, 信息化与网络化才实现了合理运转与高速发展。本文主要针对信息化与网络化背后的通信项目工程管理系统进行分析, 了解信息运作的内部流程, 提高将来的信息化水平。

关键词：通信工程,项目信息管理,管理系统,研究与分析

参考文献

[1]王建华.工程项目综合管理信息系统的应用及要求[J].中国建设信息, 2012 (02) .

信息通信系统 第10篇

1. 数字通信系统一般模型

数字通信系统就是利用数字信号来传递信息的通信系统, 包括:信源、信源编码器、信道编码器、信道、噪声源、信道译码器、信源译码器、信宿。通信的任务是快速、准确地传递信息, 从消息的传输方面来说, 通信的有效性和可靠性是通信系统最主要的性能指标[2]。

1.1 信源编码与译码

信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率, 即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽, 而传输带宽又直接反映了通信的有效性。作用之二是当信息源给出的是模拟语音信号时, 信源编码器将其转换成数字信号, 以实现模拟信号的数字化传输。信源译码是信源编码的逆过程。

1.2 信道编码与译码

数字信号在信道传输时, 由于噪声、衰弱及人为干扰等, 将会引起差错。为了减少差错, 信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分 (监督元) , 组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码, 从解码过程中发现错误或纠正错误, 从而提高通信系统抗干扰能力, 实现可靠通信。

2. 信息理论

本设计仿真模型采用数字通信系统, 包括:信源、信源编码器、信道、噪声源、信道译码器、信源译码器、信宿。其中信息源可以发出7个不同的码字A, B, C, D, E, F, G, 各码字概率分别为“0.20, 0.19, 0.18, 017, 0.15, 0.10, 0.01”, 信源编码采用霍夫曼编码, 信道采用二元对称信道, 信源译码采用最小错误概率译码原则。

霍夫曼于1952年提出了一种构造紧致码的方法, 它就是“霍夫曼编码法”。在霍夫曼编码方案中, 其步骤为:

(1) 将信源消息 (符号) 按概率大小顺序排列;

(2) 从最小概率的两个消息开始编码, 并给以一定的规则, 如最小概率的下支路变为1或0, 大概率的上支路变为0或1;

(3) 将已编码的两个消息对应的概率合并, 并重新按概率大小排序, 重复步骤 (2) ;

(4) 重复步骤 (3) , 直到合并概率得到了1为止;

(5) 编码的码字按后出先编的方式, 即从概率归一的树根逆行至对应消息。

下面具体说明构成方法, 设原始数据序列概率为U,

U: (A B C D E F G)

0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01 (大小顺序已经排列)

将概率最小的两个符号F与G分别指定为“1”与“0”, 然后将它们的概率相加, 和为S1, 再与原来的A-E组合并重新排序为:

U1: (A B C D E S1)

0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.11

对E与S1分别指定“1”与“0”后, 再作概率相加得和为S2并重新排列, 得到

U2: (S2 A B C D)

0.26 0.20 0.19 0.18 0.17

直到最后得到Ui= (0.61 0.39) , 分别以“1”和“0”为止。

则码字“A”经霍夫曼编码后结果为“01”, 码字“B”经霍夫曼编码后结果为“00”, 码字“C”经霍夫曼编码后结果为“111”, 码字“D”经霍夫曼编码后结果为“110”, 码字“E”经霍夫曼编码后结果为“101”, 码字“F”经霍夫曼编码后结果为“1001”, 码字“G”经霍夫曼编码后结果为“1000”;

选择译码规则的原则是使平均错误概率最小, 本设计采用二元对称信道, 如图2所示:

在信道接收端接收到符号0时, 译码只把它译成0;接收到1时, 把它译成1, 则正确的概率为p=0.99, 错误概率为p*=0.01。反之, 如果规定在信道输出端接收到符号0时, 译码器把它译成1;接收到1时, 把它译成0, 则错误概率为p*=0.99。本设计采用最小错误概率译码原则, 在信道接收端接收到符号0时, 译码只把它译成0;接收到1时, 把它译成1。

3. MATLAB仿真系统

3.1 仿真系统界面

本设计通信系统模型由信源、信源编码器、信道、噪声源、信道译码器、信源译码器、信宿几大部分组成。通过MATLAB面向对象[3,4]设计则仿真界面如图3:

3.2 功能实现

运行通信系统仿真平台的应用程序M文件, 对它进行反复调试, 使界面及各控件符合系统预定的功能, 即可以完成数字通信系统的各个模块的功能则系统设计成功。调试M文件完毕, 在第一个输入文本框中输入信源符号“A, B, C, D, E, F, G”中的一个, 其中各码字概率依次为“0.20, 0.19, 0.18, 0.17, 0.15, 0.10, 0.01”。输入“C”, 经过信源编码 (霍夫曼编码) 后生成码字“111”, 通过信道矩阵后产生多组码字, 通过信源译码 (最小概率译码译码原则) 消去其他干扰码字, 信源译码使用译码错误概率最小原则, 得到结果“111”, 最后再译出发送的码字送入信宿。各模块最终仿真结果如图4所示。

4. 结语

本文介绍了利用MATLAB软件将信息理论在通信系统进行应用, 并给出了通信仿真方法, 结果表明MATLAB通信仿真工具在教学和科研中具有良好的应用前景, 但是该系统还有很多地方有待进一步完善。

摘要：信息理论在通信系统中是不可缺少的理论基石, 一般教学过程中学生对其理解困难。利用MATLAB仿真信息理论对数字通信系统设计的影响, 从中可直观地观察到信号在通信系统各部分中的运行结果, 有利于深入理解信息理论和通信系统。

关键词：MATLAB,信息理论,通信系统,Simulate

参考文献

[1]王沫然.MATLAB与科学计算[M].北京:电子工业出版社, 2003:157-230.

[2]周荫清.信息理论基础 (第三版) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006:180-210.

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信息通信系统 第11篇

用电信息采集系统是对电信信息进行及时的采集和及时处理的一种方式，是目前实现电力自动化控制非常重要的方面，本文重点对电信采集技术的有关特点进行了分析，对行业未来的发展进行了相关的预测。

二、用电信息采集系统通信技术现状分析

针对用电采集系统而言主要是分为远程的用电采集系统和本地的用电采集系统，目前远程的用电采集系统得到了一定的发展，远程采集系统主要的是包括采用各类远程终端和主站进行通信的连接。目前的主要远程控制技术包括GPRS/CDMA，光纤，以及用线电视通信网，本地通信通道技术主要有电力线载波、RS-485总线、微功率无线等。

电信次采集系统的部署方式主要包括三个非常重要的部分，分别是一段式、二段式和三段式，针对一段式而言是没有本地的信道方式，通常在采用的网络是GPRS/CDMA无线公网、以及光纤专网的防止直接对电能表进行接入，而二段式和三段式均有本地的信道方式进行接入，相当于骨干网络。对于转变终端集中器而言，可以和集中器的电能表进行接入，二段式部署的本地信道主要是采用微功率无线、RS-485等传统的通信技术，直接采用终端集中器的方式进行接入，而三段式的部署和本地的通信低压电力线载波以及微功率无线通信技术进行裂解，随后采用集中器通过RS-485和电能表进行直接的连接。

三、用电信息采集系统在发展中存在的问题

1、远程通信技术

远程通信通道采用的通信方式主要包括無线公网和无线专网通信两大类。无线公网通信是指利用电信运营商（中国移动、中国联通、中国电信）的无线网络完成电力用户用电信息采集覆盖的通信方式，主要采用GPRS和CDMA网络，并有少量3G网络。

无线公网使用简单、快捷方便、信号覆盖广，在采集系统中，96% 以上的数据都是采用无线公网通信的方式上传到采集系统。无线公网通信方式对于电网公司而言具有建设成本较低的优点，但基于GPRS技术的无线公网通信方式的安全性、可靠性、实时性不高，不适宜应用于实时性较高的电力远程控制业务。

2、本地通信技术

用电信息采集本地通信技术主要以电力线窄带载波为主，考虑到低频噪声分布、不同应用的频带划分、抗干扰通信技术、调制方式等因素，实际应用速率在10kbit/s以下。电力线窄带载波技术繁杂、没有统一的技术标准，大部分通信厂家采用各自的企业标准，频率选择、调制方式、传输技术及组网技术各有特点，难以实现互联互通，不利于行业标准化的制定。

电力线窄带载波技术速率相对较低，对满足实时用电信息采集存在较大难度，窄带载波对电力线噪声、台区串扰等问题没有很好的解决办法，很大程度地影响了采用该技术组网方案的用电信息采集成功率。

四、用电信息采集系统通信技术未来的发展方向

目前用电信息采集系统使用的通信技术受安全、环境、介质影响因素较多，通信性能仅能满足目前采集业务基本应用需求，难以承载智能电网用电侧更多以“双向互动”为特征的业务应用需求，因此研究适用于用电信息采集且应用前景良好的新技术显得尤为重要。

1、电力光纤专网

目前电力通信骨干网已基本实现变电站光纤覆盖，部分省份已经实现配电台区光纤覆盖。骨干网一般采用同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）组网技术，接入网通信

依托已有的骨干网网络采用以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON） 技术开展用电信息采集。

电力光纤专网以可靠性高、保密性和抗干扰能力强（适用于强电磁干扰的场合）、高带宽及传输距离远等优点，在电力光纤覆盖的区域将成为用电信息采集系统远程通信方式的首选，但光纤专网投资巨大，使得电力光纤专网在用电信息采集系统中占有的比例较小，未来随着电力光纤到户业务的推进和光纤复合电缆成本的进一步降低，电力光纤专网将在用电信息采集业务中承担重要角色。

2、4G公网

4G是第四代移动通信及其技术的简称，4G通信系统中采用的关键技术主要包括正交频分复用（OFDM）、软件无线电、智能天线、多入多出（MIMO）、基于IP的核心网等。4G技术支持 100Mbit/s～150Mbit/s的下行网络带宽，与GPRS和3G相比，4G 具有通信速度更快、储存容量更高、高度智慧化网络系统、通信费用更加便宜等特点。

3、TD-LTE230MHz无线宽带专网

长期演进（Long Term Evolution，LTE）是3GPP在3G技术的基础上研发出的“准4G”技术，目标是“发展3GPP无线接入技术向着高数据速率、低延迟和分组优化的无线接入技术的方向演进”。目前国内使用的是TDD的双工方式，即TD-LTE。

4、电力线宽带载波

电力线宽带载波通信频率范围为1MHz～50MHz，理想最大速率可达500Mbit/s以上，特点是通信速率高、实时性强、抗干扰能力强、传输可靠性高，相对于窄带载波通信传输距离较短，适用于对通信实时性和通信带宽要求较高的通信业务应用。

五、结束语

信息通信系统 第12篇

随着智能电网新技术的迅速发展,传统电网已经逐步演变成一个日趋复杂的网络,这也给电力系统安全稳定运行带来新的挑战[1]。发电侧具有随机性、间歇性和波动性的可再生能源的大规模接入[2], 输电侧特高压交直流混联输电方式、柔性交流输电系统[3]和同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)[4]的引入,以及负荷侧分布式能源[5]、智能负荷[6]和电动汽车[7]的普及,使得电力系统正在从传统电源跟踪负荷变化进行调整的运行模式转变到“源—网—荷”柔性互动的运行模式[8]。这一切都将依赖信息通信技术(information and communication technology,ICT)[9]。高速、安全和可靠的信息通信网络将为未来广域电力系统的可观性和可控性提供重要的技术支撑,这也是 “智能电网”的“智能”之所在。

国内外诸多学者针对通信—电力交互的信息物理系统(cyber physical system,CPS)展开了研究。

1)电力通信网络可靠性研究:基于通信网络结构和组成元件的可靠性,评估电力通信网络,如广域测量系统(wide-area measurement system, WAMS)和广域保护系统(wide-area protection system,WAPS)所依托通信网络的有效性[10,11]。这类研究通常简化或忽略电力网络部分,重点考虑通信网络的构成。

2)通信故障对电力系统的影响研究:考虑某些通信故障,如延时、误码和中断等,研究其在低频振荡[12,13]、负荷调度[14,15,16]和电能供需优化[17,18]等方面对智能电网调度和稳定运行控制带来的影响,并提出解决方案或新的控制系统设计方法以减小负面影响[12,13,19]。这部分研究通常详细考虑电力系统的运行和控制方式,而将通信系统简化为固定的延时或中断事件。

3)电力通信复合系统研究:将电力系统和通信系统考虑成耦合和相互依存的复合系统,应用复杂网络理论对其特性进行研究,从宏观层面揭示连锁故障的演化机理[20,21]。这类研究重点考虑网络结构,而忽略了两个系统的物理特性,因此暂时还不能用于指导实际系统的运行与控制。也有研究考虑了两个系统的物理特性,评估复合系统整体的脆弱度, 如考虑信息安全层面的数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition,SCADA) 脆弱度评估[22]和考虑通信网络稳定性的微网运行性能评估[23]。这部分研究通常假设信息物理系统中任一系统的故障会导致对应系统相关单元的完全瘫痪,即直接信息物理依赖网络(direct cyber-power interdependencies,DCPI)[23]。

电力系统的电力流和信息通信系统的信息流存在本质上的区别[24]。在信息流中,对于特定的信息可以指定接受者,并调度其传送路径。然而在电力流中,同一电网中电源的注入功率与用电设备的消耗功率之间在任何时间断面上都是平衡的。电功率在电网中的流动则服从基尔霍夫定律,即每一个电气节点上的输入与输出在任意时刻平衡,没有缓冲、 存储或滞后的可能。即使在电网不正常的状态下, 上述平衡关系仍然严格存在,只不过此时的平衡伴随着电能质量降低、设备过载,负荷被迫退出,或电网解列直至崩溃。不平衡功率只会发生在发电机转子节点上的机械输入功率与电磁输出功率之间,并引起同步稳定性问题。然而传统电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本是割裂的,在现有理论方法框架下难以深入分析信息系统对电力系统运行与控制的影响[1]。在现有研究中将二者作为复合系统时,时间同步性、两个系统结构的异构性、元件组成和动态响应的差异性使得研究人员不得不对其中某一部分进行简化考虑,这也给研究结果的准确性和实用性带来一定影响。

因此,迫切需要建立一个能够深入分析复杂的电力通信系统的平台工具,为相关理论和应用问题的深入研究提供仿真、测试和验证支撑。美国国土安全部于2008年发布的报告《全美电网仿真工具性能:需求和相关问题》[25]中提出未来的电网仿真工具应当能够对多种电网外部扰动事件进行建模,以分析电力系统与通信系统等关键设施之间的交互行为。近年来,电力和信息通信系统混合仿真逐渐成为国际上电力行业的研究重点,已有多个研究机构提出了各自的解决方案。而国内该领域研究才刚起步,且鲜有高效的解决方案。本文对现有电力和信息通信混合仿真平台进行总结,对其性能优劣进行分析,并提出一种新的混合仿真平台架构,为我国电力行业混合仿真领域研究提供参考。

1电力和信息通信系统仿真方法概述和分类

在智能电网环境下,不同位置、不同电压等级电网的各类量测信息(如电压、频率等)和其他附加信息(如气象信息,智能家电和电动汽车等可控智能负荷用户设定信息等)将被源源不断的传送至电网集中控制中心或区域控制器,以用于监测、调控和保护等应用。对于电网调控和保护应用,控制指令信息将会被传送至相应的控制器和继电保护装置。这种广域监控保护和控制(wide-area monitoring, protection and control,WAMPAC)[26]系统对信息通信系统提出了高要求。因此,分析智能电网各种先进解决方案的关键就在于,在进行动态或静态电力系统仿真时能融合完整的信息通信过程与应用。

作为两个独立系统,电力系统和信息通信系统都拥有各自专业的截然不同的仿真工具。电力系统动态行为在时间上是连续的,可用一组微分代数方程来表示[27]。通常这类微分代数方程组只能通过数值方法求解,因此电力系统仿真工具采用离散时步对系统当前状态进行相对精确的估计。而信息通信系统本身就是离散系统,因此可以通过离散事件仿真(discrete event-based simulations,DESs)工具对其进行建模,采用离散状态模型对网络在离散参数(如数据队列长度)和离散事件(如数据包的传输) 下进行描述,而将复杂的通信过程转化为具体的事件队列。

近年来,为了将两种类型的仿真方法结合以研究智能电网相关特性,研究人员提出了以下3类解决方案[9]:1联立仿真方案;2非实时混合仿真方案;3实时混合仿真方案。本文将分别对这3种解决方案进行详细介绍,并针对关键问题进行分析。

2联立仿真方案

联立仿真方案的主要思想是在单一仿真工具(电力系统仿真工具或通信系统仿真工具)中建立一个复杂的电力和信息通信复合系统模型。这种方法的关键在于在电力(或通信)系统仿真工具中搭建通信(或电力)系统模型。其优势在于,由于是在同一个仿真工具中运行,两个系统模型处于同一时间域, 因此不需要额外的时间同步工作。该类方案通常: 1在电力系统仿真工具中对通信环节进行简化建模,如引言中所述。该方式缺少动态内存管理、动态链接等离散事件系统模型构建的基本元素,因此无法精确模拟通信环节动态过程;2将电力系统仿真程序以模块的形式插入通信仿真系统,如比利时根特大学Kevin Mets所在研究小组于2011年提出的采用OMNeT+ + 的联立仿真方案[28]。该方案将MATLAB程序模块集成进OMNeT+ +,主要针对静态潮流计算问题,适用于需求响应通信相关问题研究。虽然这类方案不需要面对时间同步问题, 但无法处理微分代数方程系统复杂的时间连续的动态问题建模及机电特性仿真。

3非实时混合仿真方案

电力通信复合系统仿真的另一个解决方案是采用混合仿真。两个系统的建模工作仍采用其各自的专业仿真软件完成,通过时间同步方法使两个软件能够运行于同一时间域。这也是当前电力和信息通信复合系统仿真平台的主要研究方向。通过成熟仿真工具丰富的元件库和已有的计算方法,最大程度保持系统的全面性和准确性。而软件接口、数据交换和仿真时间同步等问题将是这类解决方案的重点研究内容。

混合仿真又可以分为非实时混合仿真和实时混合仿真。实时混合仿真方案在系统结构和平台搭建成本上与前者有明显的区别,因此将在第4节单独介绍。由于各类非实时混合仿真方案采用平台、数据同步方法和应用领域等均有各自特点,本节将根据方案提出的时间顺序进行总结和分析。

3.1 PSCAD/EMTDC &Java[29]

北卡罗来纳大学Mesut Baran于2002年提出了采用PSCAD/EMTDC和Java编写的通信模块组成的混合仿真方案。虽然Java并不是严格意义上的专业通信仿真软件,但与第2节联立仿真方案中将MATLAB模块嵌入OMNeT+ + 软件不同, 该方案首次提出了时间连续系统和事件触发系统混合仿真思想,其结构如图1所示。 该方案采用PSCAD/EMTDC的用户自定义模型构建了与外部模型的数据通信接口,通过Java丰富的编程环境构建独立的通信管理和控制模型,同时采用数据队列的存储方式完成两个系统信息交互的过程。

仿真时间同步问题是混合仿真平台的关键。该方案所提出仿真流程如图2所示:1采用PSCAD/ EMTDC的仿真步长作为全局时步(T=t6),在每一个仿真步长开始时(t0),PSCAD/EMTDC将上一步计算结果中的相关量测和状态信息通过自定义接口传送至Java通信管理模块(t0—t1—t2),作为其输入量;2Java通信模块对输入信息按队列顺序进行模拟传输和处理(t2—t3),并将处理结果(保护开关信号等)通过自定义接口返回至PSCAD/EMTDC (t3—t4—t5);3PSCAD/EMTDC根据返回信号修改初始量,并进行计算(t5—t6)。该方法在每步长的总仿真时间等于电力系统仿真工具步长(t5—t6)、信息通信系统仿真工具处理时间(t2—t3)和4次数据交换时间(t0—t1—t2和t3—t4—t5)之和。

由于在每一全局时步内都需要数据交换,因此该方案的计算效率受到较大限制。同时,由于Java平台并不是专业的通信系统仿真工具,其建模精确性和扩展性也存在一定不足。当然这些并不妨碍其在电力与信息通信混合仿真领域的开创性贡献,引领了后续诸多研究。

3.2 EPOCHS[30]和VPNET[31,32]

美国空军技术学院Kenneth Hopkinson领导的研究团队于2006年提出了电力和通信同步仿真工具(EPOCHS)。该仿真方案也被认为是第一个基于多专业仿真工具实现的混合仿真平台。 EPOCHS采用高级体系架构(high-level architecture,HLA)模块支持多仿真器的联合运行, 每个仿真器只需要模拟单个复杂系统的某个方面。 采用了3种独立仿真工具:PSCAD/EMTDC用于电力系统电磁暂态过程仿真;PSLF仿真软件用于机电暂态过程仿真;NS2用于通信网络建模与仿真。 同时,设计了运行支撑环境(runtime infrastructure,RTI)作为各独立仿真器之间的接口,负责同步混合仿真平台仿真时间和数据传输。

该方案采用的时间同步方法如图3所示:1由用户根据仿真精度和仿真效率需求设定全局同步时间间隔(T=t2);2每一步长内,各仿真器独自运行(其中电力系统仿真器每次只调用一个),所产生的数据交换需求则被缓存在缓冲区内;3到达数据同步点(t1),两个仿真器都暂停,进行统一的数据交换,并将交换数据作为下一个步长的初始数据。该方案每个仿真步长T由若干个电力系统仿真工具步长(t0—t1)和一次的数据交换时间(t1—t2)组成。 仿真器到数据缓冲区的数据传输在系统仿真步长内同时进行:PSCAD/EMTDC或PSLF每步长计算结果的相关量测和状态信息在计算步后传输至数据缓冲区,而NS2根据上一次数据交换得到的数据进行事件驱动仿真,并将结果传输至数据缓冲区。显然,在选取合适的全局仿真步长的情况下,该方案能够大大缩短数据交换时间,系统的运行时间主要取决于两个仿真工具中处理速度较慢的一个(通常是电力系统仿真工具)。然而两个系统的数据同步需求难以预测,当处理某些需要在电力和通信系统之间进行大量数据交换的问题时,电力数据的不及时更新和信息通信系统事件延时处理将会严重影响仿真精度。

采用同样时间同步方法的还有德国亚琛工业大学Weilin Li等人于2011年提出的一种采用虚拟测试平台(virtual test bed,VTB)和OPNET的混合仿真方案,主要用于研究电力系统中的远程控制电力电子器件的性能。

3.3 PowerWorld Server &RINSE[33]和TASSCS[34]

伊利诺伊大学香槟分校C.M.Davis等人于2006年提出了一种专门用于SCADA系统信息安全测试的混合仿真平台。采用PowerWorld Server作为电力系统建模仿真平台以产生静态数据,实时网络安全模拟环境RINSE作为信息通信网络建模仿真平台以分析网络传输和受到攻击的响应行为。 该方案的提出重点是评估网络攻击下电力通信设施脆弱度,因此没有时间同步相关问题。类似的,亚利桑那大学Malaz Mallouhi等人于2011年提出了采用PowerWorld和OPNET的SCADA控制系统安全分析测试平台TASSCS。

3.4 adevs & NS2[35,36]

美国橡树岭国家实验室James Nutaro所在研究小组于2007年提出了根据离散事件系统规则搭建的电力和信息通信系统混合仿真平台。采用离散事件仿真工具(a discrete event system simulator, adevs)对电力系统进行建模仿真,NS2对通信系统进行建模仿真。adevs中的仿真控制器API提供了以单线程离散事件方式处理底层模型的功能;NS2在运行时通过设定的事件规则调用adevs组件。作者希望通过将电力系统动态过程转换成离散事件, 采用adevs这一专门为离散事件系统仿真设计的软件,解决两个软件的时间同步问题。从时间同步性和仿真效率上,该方案略优于3.1和3.2节中所述方案。但是adevs并非专业电力系统仿真工具,需要用户根据离散事件系统规则对电力系统动态响应过程进行单独编程,从而限制了电力系统模型的可靠性和混合仿真平台的扩展性。

3.5 MATLAB/Simulink & OPNET[37]

瑞典皇家理工学院Kun Zhu等人于2011年提出了一种采用MATLAB/Simulink和OPNET组成的混合仿真方案。该方案主要用于研究ICT结构对WAMS稳定性的影响。作者在OPNET中对ICT网络中关于相位数量采集的相关设施进行了详细的分层建模,并对基于PMU的相关电力系统应用的网络延时进行了评估。作者对其所采用平台的数据交换、时间同步和仿真接口等问题并没有详细说明。

3.6 PowerNet[38,39]

美国凯斯西储大学Vincenzo Liberatore的研究小组于2007年提出名为PowerNet的混合仿真方案,采用Modelica软件作为大型电力系统仿真工具,NS2作为信息通信系统仿真工具。该方案对时间同步问题的处理为:1NS2和Modelica在某时间点都处于停止状态;2NS2根据先前从Modelica得到的采样数据进行通信仿真,进行到需要与Modelica通信的事件时停止,并进行交换数据; 3Modelica根据这些数据初始化后仿真至NS2停止时间;以此循环。该时间同步方案由NS2决定通信时间,Modelica不能决定何时向NS2通信,因此只能用于纯粹的通信事件触发下的电力系统仿真研究,而无法用于电力系统保护、控制等方面研究。作者与2012年对该方案进行了改进,在采用Modelica进行仿真时,同样可以决定是否有必要与NS2进行通信。然而实际电力系统的广域数据采集是周期性的,通信与否并不由电力系统本身决定,因此该方案的应用范围较为有限。

3.7 GECO[40,41,42]

美国弗吉尼亚理工大学Hua Lin等人于2011年全局事件驱动混合仿真(Global Event- Driven Co-Simulation,GECO)方案。 其采用了与3.2节类似的系统结构,PSLF作为电力系统仿真工具,NS2作为通信系统仿真工具;而时间同步问题处理方法则和3.1节中所提方案类似,采用了一个全局事件管理模块来决定当前仿真单元(电力或通信)。作者将所提方案运用到了通信影响下广域电力系统分析的多个方面,验证了其平台的适用性。

作者通过一个基于通信的电力系统距离后备保护案例,在仿真精度上将该GECO与EPOCHS进行了比较。由于GECO平台和EPOCHS平台可以分别作为基于全局事件时间同步方法(图2)和基于全局仿真步长时间同步方法(图3)的典型代表,因此它们之间的比较对未来研究有较强的指导意义。 从仿真结果来看,GECO仿真精度有着明显的优势;EPOCHS的全局时间步长由用户决定,步长越短精度越高,当该步长接近电力系统仿真软件仿真步长时,其精度可达到接近GECO的程度。但是由于EPOCHS数据交换时需要经过缓冲区,因此在精度接近的情况下,其仿真效率理论上不如GECO (GECO的研究人员并未对两个平台的仿真时间进行比较);而在全局步长较大时,其仿真效率会大大提高。因此,在对精度要求不高的电力和信息通信复合系统仿真研究中可选用基于全局仿真步长时间同步方法以提高仿真效率;反之则可以采用基于全局事件时间同步方法最大化提高仿真精度。

3.8 OpenDSS & OMNeT+ +[43],OpenDSS & OPNET[44],EMTP-RV & OPNET[45]

加拿大国家科学研究学会Martin Lévesque等人、清华大学Xinwei Sun等人和意大利博洛尼亚大学Riccardo Bottura等人分别与2012—2014年提出了采用OpenDSS和OMNet+ +,OpenDSS和OPNET以及EMTP-RV和OPNET的混合仿真平台。这3个平台主要针对配网通信环境下需求响应、电动汽车接入和新能源接入等研究问题,均属于静态分析范畴。

3.9 INSPIRE[46]

德国多特蒙德工业大学Hanno Georg等于2012年提出了采用DIgSILENT PowerFactory和OPNET的用于实时评估的电力和信息通信系统混合仿真方案(integrated cosimulation of power and ict systems for real-time evaluation,INSPIRE)。 该方案采用了层次化的整合方案:网络层(用以接入电力系统和通信系统仿真工具)、仿真核(用以处理时间同步问题和事件管理问题)和管理层(用以接入各类分析工具),该层次化结构增强了平台的扩展性和应用范围。采用和EPOCHS类似的时间同步方法,主要应用于研究含多种通信方式(光纤、 WiMAX、TDMA和GSM等)的通信系统对电力系统监控的影响。

INSPIRE的作者在考虑时间同步方式时,提及了优化时间同步方法,虽然因软件支持和平台搭建复杂度原因没有采用,但是为未来的混合仿真方案提供了一个新思路。本文将基于该思想在第5节提出了一种新的混合仿真平台时间同步方法。

3.10非实时混合仿真方案系统架构总结

在非实时混合仿真中,系统架构方式决定了电力系统仿真器和信息通信系统仿真器的数据交互方式。典型的系统架构方式主要有以下两种[9]。

1)主从方式:采用其中某一仿真器为主平台(通常选取信息通信系统仿真器),将混合仿真控制逻辑嵌入主平台,如图4(a)所示。3.1、3.4、3.6和3.7节中所述仿真方案均采用这种架构方式。这种方式存在着两个潜在的不足:主从结构导致从平台无法主动向主平台推送信息,只能被动接受控制;主从平台无法并行运行,即只可以采用图2所示的时间同步方式,步进式完成两个平台间数据交换。

2)独立数据交互和控制方式:采用一个独立组件连接电力系统仿真器和信息通信系统仿真器,由该组件完成二者数据交互,如图4(b)所示。同时, 独立的交互组件也为控制逻辑提供了统一的接口。 这种架构方式的另一个优点就是可以进行分布式或并行计算。相应的,额外增加的独立数据交互和控制单元也增加了系统构建和程序设计的复杂度。 3.2、3.3、3.8和3.9节中所述的仿真方案采用了上述架构方式。

4实时混合仿真方案

在处理信息通信相关的电力系统静态问题(如需求响应配置、无功优化等)时,现有的非实时混合仿真方案已经能够较好地实现两个系统的交互过程。然而当面对电力系统动态问题(如稳定控制、广域监测)时,非实时混合仿真方案的最大挑战来自时间同步问题。而在电力和通信部分均构建实时仿真单元,并采用实时数据交换则可以避免时间同步的问题。

瑞典皇家理工学院Mikel Armendariz等人和弗吉尼亚理工大学Saifur Rahman教授领导的研究小组于2014年分别提出并实现了类似的实时混合仿真平台[47,48]。本文以后者为例,介绍该平台的实现方法。

如图5所示,电力与信息通信复合系统实时仿真平台由4部分构成:电力系统实时仿真单元、通信系统实时仿真单元、系统监控中心和网络连接设备。

1)电力系统实时仿真单元:RT-LAB和OPAL- RT。电力系统仿真工具是制约整个混合仿真平台速度的主要因素。由于一般商用和开源软件面向个人电脑(personal computer,PC),无法并行计算,因此很难满足实时仿真要求;符合这一要求的仿真工具包括:RTDS[49],HYPERSIM[50]和OPAL- RT[51]。该方案采用OPAL-RT eMEGAsim仿真器和一台安装了RT-LAB实时仿真平台软件包的PC作为电力系统实时仿真单元。RT-LAB软件完全集成MATLAB/Simulink,同时其也提供了大量模块化的电力系统元件模型。 用户可以在Simulink完成电力系统模型搭建和离线调试,并将模型上载至OPAL-RT eMEGAsim仿真器。

2)通信系统仿真单元:OPNET。实时混合仿真平台对通信单元的要求是:具备在仿真循环中加入硬件(hardware-in-the-loop simulation,HILS)的能力,对实际通信系统中各类组件细节建模的能力, 高精度计算能力和扩展能力。因此,通过对比已有的主要通信系统建模软件OPNET[52],OMNeT+ +[53]和NS2[54],该方案选择了第一个。OPNET软件中的SITL(system-in-the-loop)[55]模块提供了与其他在线软硬件模块的网关或接口,通过以太网连接,在实时仿真时与外部进行实时数据交换。

3)系统监控中心:Java Eclipse。该方案采用一台安装了Java Eclipse的PC作为系统的监控中心。 通过编程实现对通信网络所传输电力数据的监视和控制决策的制定。

4)网络连接设备。 该方案采用OPNET的SITL模块和若干外接网卡,通过以太网实现其和OPAL-RT以及Java Eclipse的连接。RT-LAB软件和OPAL-RT采用WiFi连接。具体的IP和子网掩码设置如图所示。该方案数据交换采用用户数据报协议(user datagram protocol,UDP)。

该平台可以完成考虑信息通信最多900电力节点的高精度电磁暂态仿真以及多达240 000电力节点的广域电力系统监控仿真。

5非实时混合仿真平台优化时间同步方法

现有非实时混合仿真平台采用如图2或图3所示的时间同步方法,仿真精度和效率均有一定限制。 信息通信系统和电力系统的数据交互行为包括电力数据上传(监视)和控制信号下发(控制)。在大部分考虑通信的电力系统广域稳定控制和继电保护相关问题中,通信系统对电力系统处于监视状态,无紧急事件时并不进入控制状态,因此数据交互仅限于电力数据上传。本文基于此,考虑通过减少非必要的信息通信系统仿真平台到电力系统仿真平台的数据传输时间,提出一种优化时间同步方法,如图6所示。该方法流程如下(以基于响应的广域安全稳定控制仿真[56]为例辅助说明)。

步骤1:电力系统仿真工具和信息通信系统仿真工具于t0同时开始(t为物理时间,T为仿真系统时间)。

步骤2:电力系统仿真工具按照设定步长进行连续仿真,数据交换接口采集其每一步仿真结束后的量测和状态相关数据(如PMU测量数据),并传输至信息通信系统,同时将状态数据打上时标T存储进电力仿真状态数据缓存区(简称缓存区)。

步骤3:信息通信系统仿真工具在接收到每一批数据后进行离散事件仿真,耗时 Δt(一般远小于电力系统仿真工具步长)。在广域安全稳定控制仿真中,离散事件仿真过程包括根据网络状态模拟传输延时、误码和中断情况,并根据接收信息输出控制信号等。若无需下发控制信号,则不向电力系统仿真工具传输数据,否则进入步骤4。同时缓存区更新带时标的电力系统状态数据(只保存最近若干仿真步内的状态数据)。

步骤4:信息通信系统仿真工具在接收到某次数据(此时物理时间为t1,仿真系统时间为Tn),通过离散事件仿真后(t2),需要向电力系统仿真工具下发控制信号(如广域切负荷信号),此时进行两个操作:设定事件“在Tn+m时刻向电力系统仿真工具下发控制信号”,其中(Tn+m-Tn)为根据通信网络状态和控制策略计算延时得到的电力系统控制延时; 向电力系统状态数据缓存区发送数据调用请求,由缓存区向电力系统仿真工具传输相应时标(Tn+m) 的电力状态数据。由于信息通信系统仿真得到的控制信号延时一般大于电力系统仿真步长,因此当控制信号下发时,电力系统仿真已经前进了若干步。

步骤5:电力系统仿真工具在接收到控制指令和状态数据后(t4),中断当前进程,返回时标(Tn+m) 所标识的状态初值,并根据控制信号进行新一轮仿真(切除负荷后继续仿真)。

该方法在无控制事件发生时,所需要的仿真时间和电力系统仿真时间相同,而只在有控制事件时增加指令下发时间和缓存调用时间。因此对于控制事件较少的电力和信息通信复合系统可以大大提高仿真效率。由于增加了缓存区和数据回滚功能,其仿真精度可以达到最优水平。该方法的应用效果将在未来工作中体现,但可以预计无论从精度还是效率,它都优于之前的两种非实时混合仿真时间同步方法。

6结语

本文总结了国内外现有电力与信息通信系统的主要研究方案(见附录A),对联立仿真、非实时混合仿真和实时混合仿真3类方案进行了介绍,并对其中关键的系统架构、时间同步方法等问题进行了分析,提出了一种新的基于状态缓存的电力与信息通信混合仿真平台时间同步方法。

现有研究集中于混合仿真平台的搭建,所解决电力和信息通信系统相关问题还较简单,且未形成具有绝对优势的构建方案。提高混合仿真平台运行效率,满足复杂电力系统通信业务仿真需求可以从以下几点着手。

1)应基于电力系统不同时间尺度的通信业务需求,考虑电力和信息通信系统交互影响,建立合适的混合仿真系统简化模型。

2)针对不同电力通信业务需求,探讨更为高效的数据交换机制。

3)结合在中国已经成熟应用的电力系统仿真软件(如BPA,PSASP和FASTEST等),研究并开发与信息通信系统仿真软件的数据交互模块和核心功能软件,构建适合中国电网应用的混合仿真平台。