关于低轨卫星通信技术在电网的应用与
展望
摘要：低轨卫星通信是在现代化科学技术支持下发展而来的通信方案，在应用中主要是利用卫星链路完成信息传递，可以在移动公网无法触及的区域构建全覆盖的电力信息采集网络，对通信盲区实现电网通讯，助力电力数据的高效采集。由此可见低轨卫星通信技术的应用，弥补了传统电力通信技术的不足之处，进一步拓展了电力业务范围，在海上作业、偏远山区电站信息采集、远距离输电线路运维方面发挥了极大的作用，成为应急抢险通信的主要方式。本文主要就低轨卫星通信技术在电网方面的应用前景进行展望，包含卫星便携终端接入技术、星座设计和星际链路技术、切换管理技术、小型化、低功耗、低成本、大连接的终端设备研究等，从而进一步拓展低轨卫星通信技术在电网系统的应用效果。
关键词：低轨卫星 通信技术 电网 应用 展望
当前国内外加大了低轨卫星通信传输技术研究开发力度。利用若干颗低轨通信卫星与地面网络的融合组网，能够形成大规模的星座网络，实现实时的信息处理和传输，从而为用户终端提供全覆盖的通信服务。由于电力光网络无法对偏远地区、站点、杆塔完全覆盖问题，利用低轨卫星通信技术可以对自建光纤网络、运营商公网通道租用形成良好的补充，为偏远地区信息上送通道提供解决方案，同时也可以将低轨卫星通信技术应用于电网应急通信，具有重要的推广意义。
一、低轨卫星通信概述
低轨卫星通信主要是利用低轨卫星作为中继站，对移动用户与固定用户之间进行无线电波传输，以便达到通信目的。利用该模式可以实现两点、多点之间的通信，并具备实时数据采集、通信等服务功能。低轨卫星移动通信系统包含卫星星座、关口地面站、系统控制中心、网络控制中心、用户单元等部分构成。低轨卫星通信特点表现在：时延较短，而且由于低轨卫星与地球距离不远，通信系统
中的链路传播损耗较低，实时性好；信号接收便捷化，对用户终端要求不高，可以绕过地面接收系统与用户手持终端直接通信；冗余组网，小卫星发射成本低，可以灵活性发射，抗毁能力强；在运行过程费用较低，可以高频率使用，而且数据宽带较大，用户使用费用低。但是当前发射的低轨卫星数量很少，形成的通讯网络难以实现全球覆盖，不能在商用、民用业务中大规模普及。
其中低轨卫星通信系统组成如图1所示。
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图1 低轨卫星通信系统组成
二、低轨卫星通信技术在电网中的应用 （一）偏远地区的电源数据采集
现阶段电力系统逐渐发展，分布式电源覆盖范围日益拓展，尤其是在一些偏远地区，移动公号难以全面覆盖到，导致电网数据不能及时采集传输。因此，可以利用低轨卫星通信技术，在卫星通信与电力通信之间实现协议格式转换，形成完善的数据传输系统，实现短报文通信信息的上传与下发，以便对偏远地区的电力信息进行及时采集传输，这样一来可以在不建设地面专用通讯设施的基础上自动采集电力数据。
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（二）输电线路在线监测数据采集
在输电线路运行过程中，需要对其开展实时的在线监测，以便掌握其各项指标的动态数据，包含环境温度、湿度、风速、导线覆冰情况等数据，一般是采用智慧巡检终端对线路上传感器的数据进行采集和传输，中心服务器接收后开展数据处理分析，结合分析结果对线路运行情况进行判断。但是针对一些移动公网覆盖不到的偏远区域，需要通过低轨卫星通信系统，把智能巡检终端与卫星数据采集终端进行联合应用，实现对偏远区域输电线路的智能巡检，及时发现线路异常情况并发出警报信号，为检修人员快速定位故障点、制定针对性的检修方案提供保障，促进整体输电线路的安全可靠性运行。
三、低轨卫星通信技术在电网中的应用前景展望 （一）卫星便携终端接入技术
接入技术是无线资源管理的一类，随着现代化社会的逐渐发展，其接入技术的功能逐渐拓展，由原来简单的判断用户请求接入的信息功能，逐渐向多元化功能演化，涉及到多种多样的业务类型。同时在接入技术应用中，不能对已完成接入的用户通信造成影响。在低轨卫星通信系统中，卫星高速运动运转，用户在通信过程中很可能会被不同的卫星信号所覆盖，此时就要发挥接入技术的功能作用，即选择接入的卫星、接入方式、信道资源分配等问题的解决。业务类型不同，要求不同，采用的接入方式不同，对整体通信系统的性能会产生很大的影响。基于此，一般按照具体需求对接入方式进行合理分配，一般包含最短距离有限接入、最长覆盖时间接入、负载均衡策略以及综合加权的接入策略等。
（二）星座设计和星际链路技术
在卫星通信系统未来发展中，需要对星座设计进行重点研究。在现代化科学技术发展中，通信业务逐渐拓展，也进一步推动了星座设计的复杂化，逐渐向镀层卫星构造发展，并由原来单一的话音、数据业务向流媒体、视频业务方向发展，为进一步提升用户满足度做好准备。GEO卫星的通信服务难以覆盖高纬度区域，而且在通信中链路损耗比较大，通信延时较长等缺陷问题，因此需要利用低轨卫星构建卫星网络，实现持续性全球通信信号的覆盖。当前阶段，实现了空天网络
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的一体化，加强对了多层卫星网络发展的重视，GEO、MEO、LEO 卫星组成的多层网络的星座图有待研究。低轨小卫星运转速度较快，需要多颗卫星共同组成星座，才能实现对同一地区的连续性覆盖。未来星座系统设计研发中，会实现具备星际链路功能，减少传输时延，实现全球实时覆盖。而在星际链路运行中，首先需要解决波束的实时跟踪和对准问题。星间链路多采用波段和激光频段，这样有较大的传输容量，其中关键是激光链路技术的开发。
（三）切换管理技术
切换管理技术是无线资源管理技术的重要构成，对用户通信体验、系统整体效率具有直接的联系，可以帮助呼叫请求的用户选择合适的波束小区，并结合不同业务合理分配信道、确定用户的接入方式、优化系统发射功率等。合理分配信道是切换管理技术的重要基础。信道分配通常针对一个波束小区内，当有新用户发出连接请求时，系统为其分配一个初始的信道。随着用户通信的不断进行，由于移动或者跨地区等原因，原来分配的信道不能够继续使用，系统必须重新为该用户选择新的波束小区，重新分配信道的过程就是切换的过程，这个过程通常关系到两个或者更多的波束小区。在切换管理技术应用中，不仅需要信道分配，该需要应用到连续控制技术。卫星资源有限，只有对低轨卫星需要利用多波束天线对卫星覆盖范围进行细致性划分，形成多个彼此相对应的蜂窝小区，从而促进整体卫星系统的应用性能。通过这种方式可以对频率进行重复使用，从而弥补系统容量不足的难题。低轨卫星网络中的切换，既包括了点波束之间的切换，同时也包括了卫星间的切换。这与地面移动通信系统有所区分，地面的通信中，地面基站位置不变，而用户可能不停移动，出现了切换，而卫星网络中，更多的是由于低轨卫星飞快的运行，而用户相对是静止的，因而会出现频繁的切换。
（四）小型化、低功耗、低成本、大连接的终端设备研究
现代化社会发展背景下，国内外兴起了低轨卫星物联网的研究建设中，同时国内也逐渐发射了若干低轨小卫星，开展了卫星物联网试验。对于传送非时敏类业务，终端需要和卫星直接连接。在此过程中，需要先解决终端天线的小型化问题，既要确保其主要性能指标满足设计要求，同时需要缩小天线的尺寸以便于植入便携式终端中。而应用于采集偏远地区数据的终端，由于供电困难，因此终端
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的低功耗对延长终端工作时间和增强可靠性具有重要意义。存在严重同频干扰的情况下如何满足终端小型化、低功耗、低成本、大连接的要求，也是制约LEO系统应用的重要因素。目前的终端厂家研究和制做同时具有LEO和GEO卫星两种传输方式的功能的通信模组。保证业务接入不中断的多模通信自动倒换，针对不同类型业务对时延、可靠性、吞吐量的敏感度，进行业务类型的感知和识别，研究执行不同的调度和倒换策略，提高业务的可靠性。
结语
综上所述，现代化社会发展背景下，大力发展低轨卫星通信技术，是未来电网高速发展的必然需求，实现两个的融合应用，能够为用户提供更加便捷化的电力服务，促进电网行业的高速发展。
参考文献
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李旭，男，出生于1985年10月，云南电力调度控制中心从事省地通信网运行管理、检修、运行方式审核等相关管理工作，高级工程师，昆明市拓东路73号电力大厦2208室。
刘畅，男，出生于1986年12月，云南电网规划建设研究中心从事变电二次、通信项目评审工作，工程师，昆明市拓东路45号世博大厦2120室。
