McWiLL在电力系统应用技术方案文档格式.docx
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由此也决定了配电网数据业务具有接线复杂、分布分散、通信点多、通信设备工作环境较差、单个通信点信息量少但基础数据库的信息量非常庞大的特征。
城市配电网随着改革开放的不断深入，供电企业由单一的生产型转为生产经营型；
加强配电网管理、提高自身的经济效益、增强企业市场竞争力，加快开展配电网数据业务的应用和配电网管理信息系统的建设势在必行。
未来随着配用电终端数量快速增长，要求传输的数据量越来越大。
此外，配电管理系统功能的拓展，也将增加终端向系统主站传输的数据量。
配电网数据业务主要包括电能计费数据业务、用户抄表数据业务、用电营销数据业务、配电网调度数据业务等；
配电网信息可以分为两大类：
一类是围绕配电网设备的各种信息，另一类是围绕用户的各种信息。
1）配电线路数据信息：
线路开关的远方监视控制，包括开关状态监视、事故隔离分段、线路切换操作。
配电线管理信息，包括电流、电压、事故点检出、事故预测等信息。
2）用户信息：
主要有负荷集中控制系统和用电量自动检测系统（远方抄读表系统），包括电度表的量测、分时计费电度表切换、负荷远方控制等。
随着配电网管理（DMS）、配电自动化（DA）、变电站综合自动化（integratedsubstationautomation）、馈线自动化（feederautomation）系统、负荷管理系统（LMS）、用电营业管理系统（CMS）和用于用电侧的需求方管理（DSM）等系统应用的开展，如何以较低的成本、最短的建设周期建立起能够适应配电网复杂电网结构和需求特点的，实用、可靠、实时、覆盖面广、灵活性好的配电网数据业务传输系统，满足配电网各方面对信息传输的需求，将成为配电网管理信息系统建设中的关键问题。
2SCDMA宽带无线网络接入系统介绍
2.1北京信威公司简介
北京信威通信技术股份有限公司成立于1995年11月，由原邮电部电信科学技术研究院和美国CWill电信公司合资组建，2001年完成股份制改造。
北京信威致力于新一代无线接入技术的开发，创建了同步码分多址（SCDMA）无线通信平台。
该平台是北京信威自主创新、自主研发、拥有完全自主知识产权的无线通信平台。
公司总部及研发中心设在北京；
子公司重庆信威是国家级高科技产业化重点示范单位，拥有保证大规模生产的现代化制造设备和健全的质量保证体系；
负责产品生产、工程安装和售后服务；
公司还设立了深圳分公司，致力于核心网设备的研发。
公司拥有SCDMA无线通信技术完整的自主知识产权，SCDMA技术是第三代移动通信标准TD-SCDMA的技术起源和核心技术组成之一。
2.1.1SCDMA宽带无线接入系统介绍
SCDMA宽带无线接入系统（简称McWiLL）是由北京信威通信技术股份有限公司基于现有已大规模商用的窄带SCDMA技术，自主研发的集智能天线、CS-OFDMA、增强零陷、信道跟踪和预测、动态信道分配、频空联合检测等核心技术为一体的宽带无线通信系统。
McWiLL为全IP架构，它能够提供超大容量的话音业务和高带宽数据性能。
McWiLL创造性地将OFDMA与SCDMA有机结合起来，融合了3G和WiMAX的技术优势并克服了两者的缺陷。
McWiLL全面支持固定、便携以及全移动模式下的话音和数据业务，支持切换和漫游，终端最大移动速度可达120km/h。
McWiLL为适应窄带语音业务设计了低开销的空中接口协议及细颗粒度带宽分配机制，使系统既适合承载窄带语音也适合传输宽带数据。
McWiLL的无线电频谱资源优势、成本优势、性能优势和知识产权优势使之成为运营商提供最具竞争力的差异化业务、迅速扩展市场的利器。
McWiLL将成为推动政府电子政务开展，提升传统行业生产效率和迅速推进行业信息化、农村信息化的最佳选择。
SCDMA窄带系统目前在全国近30个省进行了大规模商用，网络规模达1000万线，在网用户400万。
SCDMA宽带系统在江西电信、甘肃网通、山西网通、广西网通等已进行较大规模的商用网。
在首都机场、空军后勤部、铁通、国家地震局等行业用户也建立了实验或正式网络，开始服务于这些行业用户。
另外，北京信威与网通公司通力合作，将SCDMA宽带无线接入系统应用奥运会的相关准备工作已经完成，在青岛赛区、北京顺义水上运动山区、昌平铁人三项山区均建设了网络，并在今年通过了“好运北京”测试赛的检验，将于明年正式服务于奥运会。
SCDMA宽带无线接入系统网络架构如下图所示：
1．系统参数
1）工作频率范围：
1785MHz～1805MHz/400MHz～430MHz
2）占用带宽：
5MHz/载波
3）双工方式：
TDD（时分双工）
4）周期：
10ms
5）多址方式：
CS-OFDMA/TDMA
6）扇区数据净吞吐率：
最大15Mbps/扇区
7）自适应调制：
下行：
QPSK、8PSK、QAM16、QAM64
上行：
8）支持先建后拆切换技术
2．关键技术
1）CS-OFDMA
CS-OFDMA（码扩正交频分多址）是McWiLL系统的核心技术之一，它将OFDMA、TDMA和SCDMA有机融合为一体，使系统获得了高频谱效率、抗衰落、抗多径等综合性能优势。
OFDMA是目前正在酝酿的4G标准的必选技术，3G中的WCDMA到HSDPA/HSUPA到LTE，CDMA2000到EVDO到LTE，都不约而同地选择了OFDMA技术。
CS-OFDMA首先将一个宽带纵向分成许多窄带频点，然后再符号（symbol）化，用正交SCDMA码道横向调制到窄带频点。
在进行OFDM调制前，对调制数据先进行码扩处理，即：
将每个符号作8倍的扩频，然后再进行OFDM调制，将扩频后的码片（chip）调制到8个子载波上，于是每个符号在频域实现了扩频。
这样做的目的有些类似时域里做扩频，时域的扩频处理使调制信号的能量散布在一个较宽的频带内，当信道中出现窄带干扰时，接收端通过相关处理，利用扩频码的良好自相关性与窄带噪声和本地扩频信号不相关的特性，可以降低干扰电平。
与此类似，在频域进行码扩处理，也可以对抗时域的瞬时干扰或时间选择性的深衰落。
同时，码扩处理将每个符号的能量分到了整个信道的频带内，在接收端可以实现频率分集接收。
这样的融合多址设计将结合SCDMA和OFDMA的优点，有效地避开了两者的缺点。
具体地说，由于用了OFDMA，它能克服传统CDMA系统在传输宽带数据时由扩展频谱而引起的严重码间干扰（ISI），同时复杂的、非最优性能的多用户联合检测方法将可被分解成多个简单的，高性能的单用户检测。
同时由于每个符号被扩展到多个有一定间隔的频点，有效地对抗频率选择性衰落和相邻小区干扰，有利于窄带语音和宽带数据的可靠传送以及同频组网。
总之，CS-OFDMA具有以下几点技术优势：
首先，CS-OFDMA采用了OFDM调制方式，具备所有OFDM的技术优势，除了频率利用率高、信道分配灵活、容易实现外，还有以下显著优点：
首先，通过对调制符号的串并转换降低单载波上的符号速率可以增强多径干扰的抵抗能力；
其次，根据对各个信道的动态分配来选择符号的承载信道可以抗频率选择性衰落。
其次，CS-OFDMA采用了码扩技术，将一个符号进行码扩后再以一个信道为单位进行多载波调制，这样可以将一个符号的能量分散到整个信道中，在接收时达到频率分集的效果。
最后，CS-OFDMA采取的多址方式主要由TDMA与OFDMA组成，SCDMA的使用范围仅在每一个信道中，而信道是给用户的最小单位，这样用户在发射接收信号时，相互之间不会干扰，避开了传统CDMA接入方式的多址干扰问题。
2）增强型智能天线
智能天线是一种信号处理技术，它采用阵列天线及空时信号处理技术，充分利用移动用户的空间方位信息来提高移动通信的传输质量和系统容量。
传统基站天线将功率辐射至目标用户以外的方向是对功率的浪费，这些其他方向的辐射还将对其他用户造成干扰。
智能天线的概念是其辐射模式不固定，而是针对具体的用户与现时辐射条件定制，可以形象理解为天线阵定制了多个波束指向具体的终端。
这将提高功率与频谱的利用效率，同时提高了灵敏度、减弱了干扰。
由于功率放大器的价格随输出功率的上升而呈指数增长，而射频部分在基站成本中占有很大比例。
信威在基站中使用8只低功率功放取代单只昂贵的大功率功放来获得相同的输出功率，使得基站射频成本极具竞争力。
信威智能天线技术已居世界先进水平，通过大幅降低这种复杂数字信号处理技术的成本，并解决了在大规模组网运行中的稳定性问题，采用8阵元智能天线技术的SCDMA基站已经在国内外成功部署上万台，在网用户数达数百万。
在SCDMA系统智能天线技术的基础上，McWiLL采用增强型零陷等优化方案，进一步提升了系统性能。
零陷分为发射零陷和接收零陷两种。
如果某发射方向的信号为零，则称为发射零陷；
将零陷对准干扰到达方向，则称为接收零陷。
McWiLL智能天线可将无线电信号导向期望的方向，使天线主波束对准接收用户，同时将零陷对准其他小区用户,以降低外泄干扰强度；
McWiLL智能天线能选择性地接收移动用户信号并删除或抑制干扰信号。
如果在某方向探测到一个干扰源，系统就会在此方向产生一个零陷，从而使接收信号质量最佳化。
McWiLL的增强型零陷技术大幅提高了系统抗干扰能力，可以抑制比信号最多强20dB的干扰。
McWiLL系统的智能天线在检测用户空间方位信息的准确性上，比之前的SCDMA系统更进一步。
我们结合电子地图信息和对瞬时空间方位信息的处理，更准确确定用户的空间方位信息，并利用它真正实现可靠的接力切换。
3）空分多址
SDMA（空分多址）在无线通信系统中的应用基础是智能天线技术，目的是用波束赋形来分隔不同方向的用户，使同一组资源可以在不同方向上复用。
此技术的使用首先要求天线波束赋形的技术更完善，不同波束之间的干扰要很低。
由于SDMA仅需要在原有系统的基础上增加软件处理实现，那么系统容量可以在低成本的情况下得到增加。
实现时，McWiLL基站通过8根天线接收数据，并通过计算空间矢量得到各终端所在位置，理论上通过对各终端所在位置作波束赋形，总是可以将不同位置终端的发送信号或接收信号在空间上分开；
实际中，由于波束赋形宽度以及赋形算法本身的原因，无法使相邻终端赋形增益相差很多，这样相互之间会存在干扰。
目前系统要减少复杂度就只能采用简单的算法，于是要求实现SDMA的终端在空间上满足一定间隔以确保波束赋形可以区分开。
4）软件无线电
软件无线电是近年来随着微电子及计算机技术高速发展而产生的一种新的无线电技术，相对于传统的基于ASIC的无线技术，它具有许多优越性。
随着大规模集成电路技术的不断进步和芯片处理速度不断提高，使得在DSP芯片或通用CPU芯片平台上，利用软件来完成以前用ASIC实现的多种数字信号处理功能得以实现。
由于软件所具有的灵活性、廉价等特点，在软件无线电通信系统中可以实现多种通信协议的兼容，便于通信技术升级，同时可以引入多种先进的动态调整技术，从而大大提高无线通信系统的功能和服务质量，有利于各种通信新标准的实施和兼容，使无线通信系统具有极大的灵活性和开放性。
McWiLL系统中，基站、用户终端的射频收发机与基带电路的接口都是高速A/D或D/A变换器，全部基带信号的处理都是在数字信号处理器中用软件完成。
基于McWiLL开发新系统只需进行软件修改，减少设计、制造和测试时间，从而使产品更快上市。
可以使运营商能更方便和廉价地扩展服务。
可以大大减少实现新的通信标准所需时间和风险，保护运营商及用户的投资。
由于运用软件无线电，信威已快速开发出工作于各种频率的McWiLL产品以及多模终端。
5）快速联合检测
McWiLL协议针对高速移动信道进行优化设计。
McWiLL系统采用快速联合检测算法从移动CS-OFDMA信号中提取信息。
快速联合检测算法能跟踪信道变化并快速计算相应符号的承载信道和联合检测矩阵，这样能在获得频率分集增益的同时实现相干检测。
因此，检测算法总能在最优准则下恢复每一时间点上的传输符号，从而大大提高移动检测性能。
6）自适应调制编码
现实中的无线通信环境都是多种多样且随时变化的。
为了能在这样的环境下实现数据信号的正确传输，可采用自适应调制方式。
自动检测信道质量，通过改变下行信道的调制方式来动态调整传输速率，以适应不同的传输环境和干扰波动。
McWiLL系统的动态调制方式分为QPSK、8PSK、QAM16和QAM64。
由于信道帧结构引入特殊时隙，信道和噪声估计较准并不需考虑用户间的干扰。
根据信道质量进行动态调制可以使系统的吞吐量最优化。
7）动态信道分配
智能天线技术在抗干扰方面的新突破和码扩技术的采用，使McWiLL系统对相邻小区同频干扰有很强的抵御能力。
但是，在某种特殊场合，两个用户的空间特征相差细微，并使用相同的频点，这时，我们需要用动态信道分配来重新分配其中一个用户的频点，以避免相邻小区同频干扰。
类似于动态调制技术，动态信道分配技术也得益于McWiLL系统的信道帧结构引入特殊时隙，能更准确地估计每个时隙各个频点相邻小区的干扰，大大增加同频组网的可靠性。
2.2SCDMA系统在华北电网的应用方案
2.2.1华北电网需求
本次华北电网主要需要解决沽源、万全和浑源三个变电站附近线路的视频监控问题。
针对此次的需求，到现场进行了实地的勘测和规划，详细的规划报告见附件。
根据网络的实际情况，网络拓扑图如下：
2.2.2网络拓扑图
考虑到覆盖的需求，以及系统中的容量需求。
本次规划3套400M基站，分别是沽源、万全和浑源，每个基站带3-4个视频监控点。
由于封山的原因没有到浑源实地去考察，可以参考沽源的情况进行规划和设计。
通过实地的勘测，建议万全采取4*2的定向天线进行覆盖，而沽源和浑源建议采取全向天线进行覆盖。
其中核心网SAC放在华北电网中心机房，本次采用的SAC的型号是SAC50。
视频监控的图像通过无线的方式和基站进行通信，基站通过光纤和电力系统的IP网络进行连接，最终图像到达大华的视频服务器，实现整个线路的视频监控。
如上图所示，SAC提供系统的设备管理，鉴权等功能，减少了系统结构的复杂程度。
SAC还可以和软交换和调度机进行连接，为系统提供语音和调度功能。
基站通过以太口和电力系统的视频监控服务器相连。
由于单基站的吞吐量为15M，所以通过光纤或微波，理论上都要求带宽在15M以上。
400M系统只有3M的合法频点，所以考虑到基站满容量运行的需要，带宽（上下行总和）要求在9M以上。
网络所用到的设备列表：
数量
备注
400M基站
3
天线
万全基站采用4*2天线，沽源和浑源基站采用全向天线
SAC50
1
终端模块
12
网络摄像机
大华
3设备介绍
6.1网络设备介绍
3.1.1SAC
SAC：
ServiceAccessController，业务接入控制器。
SAC是基于McWiLL成熟的接入和交换产品平台定制的、面向行业专网的业务接入控制器。
SAC负责完成纯数据业务组网和全业务（话音＋数据）组网时的接入控制功能，是McWiLL组网必需的设备。
基于SAC的行业专网解决方案，使得构建McWiLL宽带无线接入网变得非常简单：
只需要SAC和基站，即可构建一张McWiLL宽带无线接入网。
因此，基于SAC可以构建低成本的、一体化的、功能强大的、架构简单的McWiLL宽带无线接入网。
概况起来，基于SAC的行业专网解决方案具有如下特点：
⏹更低的网络建设成本
⏹更简单的网络架构
⏹更容易安装和维护
⏹具有电信级的可靠性
⏹总体结构：
4U高度，台式单体机箱，也可以安装在19英寸机柜上
⏹电源：
AC220V@50Hz和DC-48V
⏹工作环境：
Ø
工作温度：
0℃～45℃
工作湿度：
40%～65％
存储温度：
-40℃～70℃
存储湿度：
10%～100％
⏹系统可用度：
99.999％
⏹可靠性：
具备HA功能，1＋1热备份
在应用中，采用两台同型号的SAC互为热备份。
⏹接口：
对外提供10/100/1000Mbps以太网接口。
S系列还可以提供E1接口。
支持TCP/IP协议、SIP/RTP协议、No.7信令等协议体系。
3.1.2基站
基站主要由两部分组成：
基站收发信机（BTS）和无线射频子系统（RFS）。
下面分别介绍。
基站收发信机（BTS）
1图8-2McWiLL基站BTS
McWiLLBTS是电信级，全冗余的网络设备，它采用高度集成设计，可以安装到任何标准19”机柜内，置于室内或室外环境中。
它通过10/100Mbps标准以太接口与IP骨干网连接。
BTS又分为数字和射频两部分，承担着所有接收、发送和信号处理功能。
软件可以通过EMS远程升级。
在可用性方面，所有插卡都支持热插拔。
McWiLLBTS收发信机完全基于软件无线电技术架构设计的，主要采用G4PowerPC、TITCI100DSP处理器、FPGA、高速ADC/DAC和模块化的射频单元组成。
基带处理平台可以完全满足McWiLL物理层、MAC层、OAM等运算的处理要求，并有足够的MIPS余量用于今后的扩展与重构。
McWiLLBTS收发信机主要由以下部分组成：
1块基带处理板
1块频综板
8块射频板
1块电源板（今后将与基带处理板合并）
无线射频子系统（RFS）
与其他无线方案提供商相比，信威公司的一项突出技术是其对波束赋形技术的低成本实现；
波束赋形是信威公司无线宽带接入基站中自适应相控阵智能天线子系统提供的一项发射技术。
McWiLL基站射频子系统主要包括：
智能天线阵
塔顶放大器
无源校准电路
防雷滤波器等功能模块。
射频子系统一般安装在发射塔或高层建筑物的顶层；
其外壳使用无源制冷方法同时具有长时间无需维护工作的能力。
天线子系统
图8-3智能天线外观
基站天线为具有专利技术的自适应相控阵智能天线，采用成熟的波束赋形技术。
主要分为全向天线和扇区天线，包括了天线阵、无源校准电路、带通低噪声放大器、防雷滤波器等模块；
天线一般安装在发射塔或高层建筑物的顶层，其外壳使用无源制冷方法同时具有长时间无需维护工作的能力。
2图8-4智能天线结构
3.2终端设备
3.2.1CPE
3图8-11CPE外观图
简介
CPE是信威公司研发的一款使用便捷的用户无线宽带接入上网设备，可为家庭、企业、行业等用户提供无线语音和宽带数据服务，无需专门的硬件安装，使用极为方便。
McWiLL桌面式CPE是完全即插即用的“零安装”便携终端，可以达到1～3Mbps的上下行带宽，它有RJ45以太网接口、RJ11电话接口即可各一个，可供个人用户上网和电话使用，也可以配合行业现有的数据终端实现数据通信。
市场定位
CPE主要面向城镇家庭中小企业和行业无线宽带固定上网用户以及紧急通信保障系统。
主要用于高速Internet接入、视频监控视频传输、数据采集、VoIP语音等方面。
产品特点
1.体积小、重量轻，可便携
2.安装简便，即插即用
3.真正的非视距传输
4.支持业务分级，可动态分配带宽，
5.上下行总共可达3Mbps的传输速率
概要
参数
指标
射频带宽
1MHz
接口
1个RJ45以太网口、1个RJ11口、
1个USB接口（可选）
3天线分集接收
上下行净吞吐量
3Mbps
安装
用户可自行安装，真正非视距
可选天线
可分离天线（电缆长度取决于供货商）
软件升级
支持OTA（空中）软件下载
射频/天线
天线增益
全向天线0dBi，定向天线5dBi
天线数量
全向天线1个，定向天线2个
天线极化方式
垂直极化
垂直平面波瓣宽度
全向：
75度，板状：
80度
水平面波瓣宽度
360度，板状：
120度
发射功率
24dBm
接收机灵敏度
-106dBm，QPSK调制方式
尺寸
150×
40×
94mm（高×
宽×
深）
重量
280克
电气
供电电压
5V
CPE功耗
3W
交流充电/电池指标
持续使用4小时，锂离子电池
温湿度
工作温度
+5～+40℃
存储温度
-40～+70℃
湿度
0～95%非冷凝
3.2.2W118宽带手机
4图8-14W118外观图
1.款式为直板；
2.液晶CSTN，128×
128，1.5”；
3.支持振动功能，马达内置。
4.拉杆天线；
5.Speaker＋Receiver；
6.电池900mAh，锂离子；
7.充电器为800mA，5V，数据线；
8.通过USB连接线与PC机连接，由PC供电，提供无线上网和语音业务
9.外观时尚小巧，便于携带，即连即用
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