Page 47 - 电力与能源2021年第六期
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王宏宇, 等: 适用于野外的独立无线通信网络设计 6 5
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系统进行可靠供电, 克服施工现场供电难的问题,
便于整个系统的安装和应用。
太阳能供电系统的框架如图 3 所示。整个光
图 1 无线通信的结构示意图 伏供电系统是由太阳能电池方阵、 蓄电池组、 充放
1.2 无线网桥设计 电控制器、 DC-DC 变换器等设备组成。系统工作
微波通信是使用波长在 0.1mm~1.0m 之 原理: 在光照条件下, 太阳能电池组件产生一定的
间的电磁波进行通信, 所对应的频率范围是 300 电动势, 通过组件的串并联形成太阳能电池方阵,
MHz~3000GHz 。与同轴电缆通信、 光纤通信 使得方阵电压达到系统输入电压的要求; 再通过
和卫星通信等现代通信网传输方式不同的是, 微 充放电控制器对蓄电池进行充电, 将由光能转换
波通信是直接使用微波作为介质进行通信, 不需 而来的电能贮存起来, 同时利用 DC-DC 转换器转
要固体介质, 当两点间直线距离内无障碍时就可 换成相应的供电电压, 向无线数据通信系统进行
以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量 可靠供电。夜晚, 蓄电池组为 DC-DC 变换器 供
大、 质量好并可远距离传输的特点 [ 6-7 ] , 因此, 基于 电, 通过 DC-DC 变换器向无线数据通信系统进行
微波通信原理对无线网桥进行了设计。 可靠供电。
基于IEEE802.11a / n / ac标准, 无线网桥采
用高通 Atheros处理器制成, 有接收和发送的双
向功能, 带宽 300 MHz , 传输距离优于 30km , 见
图2 。无线网桥由发信机、 收信机、 天馈线系统、
多路复用设备及用户终端设备等组成。发信机由
调制器、 上变频器、 高功率放大器组成, 收信机由
图 3 太阳能供电系统框架
低噪声放大器、 下变频器, 解调器组成。
在供电过程中, 控制器实时监测太阳能板的
发电状态、 蓄电池的储能状态等信息。系统通过
对蓄电池电压、 光伏输出电压和电流等参数的监
测, 结合蓄电池电压和容量之间的关系, 对无线通
信网络的供电状态做出评估。对蓄电池容量设计
多级预警, 当蓄电池容量下降到一定值时发出报
警信息, 试运行人员及时掌握蓄电池容量, 并采取
图 2 无线网桥的原理 能量管理措施, 确保对通信系统的可靠供电。
1.3 抛物面天线设计 3 传输模式设计
在信号的传递上, 采用双极化抛物面天线实
现信号的发送和接收。这个天线涉及到照射器和 所设计的无线网桥具有中继功能, 根据数据
通信过程中的传输路径不同, 可分为中继传输和
反射器设计。
反射器选用普通抛物面天线, 抛物面将照射 直接传输两种模式。
( 1 ) 中继传输模式。中继传输模式采用信号
器投射过来的电磁波 沿抛物面轴向方向反射出
传接的方式进行( 见图 4 )。该方式具有延长传输
去, 从而获得很强的方向性。按照设计的抛物面
距离, 避开遮挡物的优点, 在使用过程中由于后续
天线安装要求, 选择小口径、 高曲率的抛物面。为
的传输设备需要传输前端设备的信息量, 随着节
了能抗雨、 雾和水汽的腐蚀, 照射器还添加了低介
点的增加, 数据通信的容量需求变大, 成本变大。
电常数的聚四氟乙烯遮雨板。
( 2 ) 直接传输模式。直接传输模式采用点对
2 太阳能供电系统设计 点直接将监测数据传送到监控中心( 见图 5 )。该
方式具有数据传送容量不大, 成本低, 但传输距离
为了使无线通信系统可靠运行, 结合野外作
受设备影响大, 同时不能避开遮挡物, 信号稳定
业现场, 采用太阳能供电的方式对无线数据通信
