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一、無線通信技術概述

目前主流的無線傳輸技術可分為：高功耗、高速率的廣域網傳輸技術（2G/3G/4G蜂窩通信技術、微波調制傳輸?shù)龋?；低功耗、低速率的廣域網傳輸技術（Lora、Sigfox、NB-IoT等）；高功耗、高速率的近距離傳輸技術（WIFI、藍牙等）；低功耗、低速率的近距離傳輸技術（ZigBee）。

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

（1）WLAN（無線局域網）

WLAN（無線局域網）與一般傳統(tǒng)的以太網（Ethernet）的概念并沒有多大的差異，只是將以太網的線路傳輸部分（普通網卡--五類線--普通HUB）轉變成無線傳輸形式（無線網卡--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）模擬微波調制技術

模擬微波調制技術是將視頻信號直接調制在微波的通道上，通過天線發(fā)射出去，監(jiān)控中心通過天線接收微波信號，再通過微波接收機解調出原來的視頻信號。此種監(jiān)控方式沒有壓縮損耗，幾乎不會產生延時，因此可以保證視頻質量，但其只適合點對點單路傳輸，不適合規(guī)模部署，此外因沒有調制校準過程，抗干擾性差，在無線信號環(huán)境復雜的情況下幾乎不可以使用。

（3）4G/5G移動物聯(lián)網技術

利用運營商提供的4G/5G無線移動網絡，可實現(xiàn)視頻圖像高質量地傳輸。

（4）衛(wèi)星通信技術

依靠傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星或高通量衛(wèi)星技術，視頻終端通過衛(wèi)星傳輸通道實現(xiàn)點對點的通信。

各類無線視頻監(jiān)控技術的優(yōu)缺點可歸納如下：

二、技術分析

為實現(xiàn)無人區(qū)輸電線線路視頻監(jiān)控、在線監(jiān)測等業(yè)務信息回傳，可采用WLAN（無線局域網）、衛(wèi)星通信技術等。

（一）WLAN（無線局域網）

目前，Mesh組網和WDS組網均能實現(xiàn)兩個無線接入節(jié)點之間的無線鏈路通信，實現(xiàn)無線網絡的擴展，可廣泛應用于無線視頻監(jiān)控回傳網絡中，各組網特性分析如下：

（1）WDS組網

WDS組網通過無線網橋連接兩個獨立的局域網段。WDS組網結構包含點對點、點對多點。

目前無線網橋設備可實現(xiàn)點對點10km以上的遠距離傳輸，實際數(shù)據(jù)吞吐量不低于200Mbps，整機功率小于20W。在整個組網中無線網橋根據(jù)節(jié)點作用的不同可實現(xiàn)不同的工作模式：在覆蓋場景下支持AP（基站）工作模式、在接入場景下支持CPE（客戶端）工作模式、在回傳場景下支持WDS工作模式。

（2）Mesh組網

圖1典型Mesh組網架構

在Mesh網絡中,如果某個節(jié)點的AP發(fā)生故障,它可以重新再選擇一個AP進行通信,數(shù)據(jù)仍然可以高速地到達目的地，可以有效避免單點故障，所以Mesh網絡比WDS網絡更加穩(wěn)定。

Mesh組網雖然便捷靈活，但整體鏈路帶寬較低并且開銷較大，在鏈路較長、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組網與WDS組網的對比

（二）衛(wèi)星通信技術

國內衛(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號衛(wèi)星、亞太6D衛(wèi)星。目前中星16號衛(wèi)星已實現(xiàn)商用，亞太6D衛(wèi)星還處在在軌試運行階段?！爸行?6號”衛(wèi)星單站下載和回傳速率最高可達150Mbps和12Mbps，單站整機功率約為40W左右。

由于衛(wèi)星遠端站最大回傳速率較低、“南山效應”、功耗較高等問題制約了其在輸電線路視頻回傳業(yè)務的廣泛應用。但衛(wèi)星遠端站可作為無線回傳網絡上監(jiān)測點零星補點的手段，也可結合Wi-Fi橋接技術，在輸電線路或變電站巡檢、應急救援時提供近程的通信覆蓋，并且可配置COFDM圖傳設備將無人機自主巡檢時視頻畫面通過衛(wèi)星通道實現(xiàn)實時回傳。

三、應用場景

按照某輸電線路無網絡覆蓋的情況，可分為以下兩種場景進行監(jiān)控信號回傳方案的設計：

場景一：整條輸電線路無網絡覆蓋的區(qū)域零散、無網絡覆蓋區(qū)間范圍較短。無網絡覆蓋區(qū)域可通過Mesh組網或WDS組網搭建的無線鏈路將業(yè)務信息匯聚至具備運營商信號的電力鐵塔，通過4G CPE設備接入運營商電力無線專網APN通道回傳至監(jiān)控中心。

圖2場景一組網架構（示例）

場景二：輸電線路無網絡覆蓋區(qū)域較廣。無網絡覆蓋區(qū)域通過Mesh組網或WDS組網搭建的無線鏈路將業(yè)務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）。但其能夠實現(xiàn)的網絡覆蓋距離會受制于設備的帶寬、組網主鏈路跳接次數(shù)等，需根據(jù)實際的變電站兩站之間的距離、需觀察的點位數(shù)量等做進一步的業(yè)務模型分析。

圖3場景二組網架構（示例）

對于Mesh組網或WDS組網架構的選擇需根據(jù)實際輸電線路沿線觀測點數(shù)量和點位位置進行部署，總體組網拓撲為主鏈路采用（匯聚節(jié)點間）多跳接力（橋接）的方式，匯聚節(jié)點采用點對多點實現(xiàn)近程覆蓋。而因延時或受帶寬限制使得采用上述兩種組網架構的最優(yōu)化情況下仍然存在無法回傳的監(jiān)測點位，可采用衛(wèi)星通信技術作為補點的手段，從而實現(xiàn)輸電線路無網絡覆蓋區(qū)域監(jiān)測點位監(jiān)控信息的回傳。

四、無線傳輸拓撲圖

圖4單鏈路多跳橋接傳輸拓撲圖

在戶外電力鐵塔間無遮擋情況下，可通過網橋間多跳橋接方式構建傳輸鏈路，傳輸各種視頻信號。最前端使用ST58T8G設備。中間鐵塔使用ST5801GB-M3設備（三模設備），該設備可用其中兩個模塊分別接受前端信號和發(fā)送信號，第三個模塊可用來做無線覆蓋，當檢修時，現(xiàn)場檢修人員可通過無線設備和檢修車輛間構建通信網絡。車輛可通過無線設備與附近鐵塔上的網絡或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進行回傳。

圖5點對多點橋接傳輸拓撲圖

在戶外電力鐵塔間無遮擋情況下，前端的兩個或多個鐵塔可通過點對多點方式將采集的信息傳輸?shù)揭粋€鐵塔上，然后再通過網橋間多跳橋接方式構建的傳輸鏈路將匯總的信息回傳。最前端使用ST58T8G設備。中間鐵塔使用ST5801GB-M3設備（三模設備），該設備可用其中兩個模塊分別接受前端信號和發(fā)送信號，第三個模塊可用來做無線覆蓋，當檢修時，現(xiàn)場檢修人員可通過無線設備和檢修車輛間構建通信網絡。車輛可通過無線設備與附近鐵塔上的網絡或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進行回傳。

圖6橋接加mesh組網傳輸拓撲圖

在戶外電力鐵塔間無遮擋情況下，可通過網橋間多跳橋接方式構建傳輸鏈路，傳輸各種視頻信號。最前端使用ST58T8G設備。中間鐵塔使用ST5801GB-M3設備（三模設備），該設備可用其中兩個模塊分別接受前端信號和發(fā)送信號，第三個模塊可用來做無線覆蓋，當檢修時，現(xiàn)場檢修人員可通過無線設備和檢修車輛間構建通信網絡。車輛可通過無線設備與附近鐵塔上的網絡或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進行回傳。當其中三個或多個鐵塔間均無遮擋時，可設置mesh組網，增強鏈路抗毀性，保證鏈路可靠性。

圖7多鏈路多跳橋接傳輸拓撲圖

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橋間多跳橋接方式構建傳輸鏈路，傳輸各種視頻信號，有遮擋的鐵塔無法直接回傳時，可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇附近其他鐵塔進行回傳。最前端使用ST58T8G設備。中間鐵塔使用ST5801GB-M3設備（三模設備），該設備可用其中兩個模塊分別接受前端信號和發(fā)送信號，第三個模塊可用來做無線覆蓋，當檢修時，現(xiàn)場檢修人員可通過無線設備和檢修車輛間構建通信網絡。車輛可通過無線設備與附近鐵塔上的網絡或衛(wèi)星將前端工作人員采集的數(shù)據(jù)進行回傳。

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