5G移动通信技术和光纤通信技术在电力通信中的应用

方精干，王蓓蕾

（中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，河南 郑州 450007）

0 引 言

电力通信中需要应用多种多样的先进技术。其中，5G移动通信技术和光纤通信技术的应用是当前的主要发展趋势，不仅可以有效满足现阶段电力通信系统的实际需求，而且能够推动电力通信系统的进一步改革与发展。因此，本文重点对5G移动通信技术和光纤通信技术在电力通信中的应用展开深入研究。

1 5G移动通信技术在电力通信中的应用

1.1 5G移动通信技术简介

5G移动通信技术即第5代移动通信技术。与以往的2G移动通信技术、3G移动通信技术以及4G移动通信技术一样，5G移动通信技术属于数字蜂窝网络技术的一种。数字蜂窝网络技术的特点是将服务区域划分为若干个蜂窝，将模拟信号在移动终端设备中数字化，并在转换后作为比特流进行传输。5G移动通信技术是在蜂窝网络中应用5G无线设备发出无线电波，与本地天线阵、发射机以及接收机相结合实现通信。其中，发射机和接收机从公共频率池中进行频道分配，且在分离的蜂窝中可以重复使用频道；本地天线则与电话网络和互联网相连接，常见的连接形式有高带宽光纤和无线回程等。当用户从一个蜂窝至另一个蜂窝时，移动终端设备也会自动切换新蜂窝中的天线[1]。5G移动通信技术在研发之初的目标在于提高数据速率、增大系统容量、减少延迟、节省能源、实现大规模设备连接以及降低成本。现在的5G移动通信技术的数据传输速率可以达到10 Gb/s，约为上一代4G移动通信技术的百倍。与有线互联网相比，5G移动通信技术的数据传输速率更快。在延迟方面，4G移动通信技术为30～70 ms，而5G移动通信技术不足1 ms。5G移动通信技术不仅可以在手机网络方面发挥重要价值，而且在家庭网络和办公网络等中可以替代有线互联网。此外，在电力通信等社会诸多领域，5G移动通信技术均具有重要的应用。

1.2 5G移动通信技术在电力通信中的具体应用

1.2.1 物联技术

物联技术基于5G移动通信技术可以实现各种设备之间的有效联通和对设备的远程智能操控。早在4G移动通信技术时期，物联技术就已经得到了初步发展。在4G移动通信技术下，部分家电设备能够与智能手机相连接，从而使用户可以利用智能手机远程智能操控家电设备。但是，4G移动通信技术的网络速度和信息连接能力有限，只能够实现对部分设备的连接，无法真正实现万物互联。5G移动通信技术有效冲破了4G移动通信技术的限制，拥有更大的数量流量和更广的覆盖范围，单位面积的联网设备数量约为4G移动通信技术的百倍，能够实现真正的万物互联。在电力通信领域中，通过将5G移动通信技术与电力通信系统相结合，可以在不受设备内部结构限制的前提下进一步扩大物联网络规模。不仅可以有效减少移动终端设备的流量消耗，降低网络建设成本，还能够支持各种任务之间的相互联系，从而提升电力通信水平和效率。

1.2.2 人工智能

人工智能亦称AI、智械以及机器智能等，是指人造机器所表现出来的智能和通过计算机程序所呈现出的智能。人工智能是一门自然科学与社会科学相交叉的边缘学科。人工智能的核心是建构与人类相似乃至超过人类的知识、学习、推理、规划、感知、交流、移物、使用工具以及操控机械等能力。人工智能具备庞大的数据库，可实现对信息关键词的快速检索和精确筛选。近年来，人工智能获得了迅速发展，在很多领域得到了广泛应用并取得了丰硕成果，包括电力通信领域。利用5G移动通信技术，人工智能的发展迈入了一个新阶段。5G移动通信技术的数据速率高、数量传输流量大以及网络延迟低，十分符合人工智能的需求。电力通信系统通过基于5G移动通信技术下的升级版人工智能，可以进一步改革硬件平台。例如，借助人工智能的大数据系统，可以根据现场的电力通信情况合理选择通信方式与网络结构，并通过不断优化来确保电力通信系统的长期稳定运行[2]。

1.2.3 大数据技术

大数据是指规模巨大与类型复杂的数据集合，主要依托于计算机网络技术、信息技术以及数字技术等高新科学技术。这些技术是实现大数据捕获、存储、分析、处理以及预测等能力的基础。大数据的特征可以总结为4点。一是体量大，具体表现为数据规模庞大和数据增长迅速快。二是多样性，具体表现为数据类型繁多和数据构成复杂。三是价值高，具体表现为数据应用范围广和数据应用频率高。四是速度快，具体表现为数据时效性强和数据处理迅速。5G移动通信技术的数据传输速率约为4G移动通信技术的百倍，意味着在单位时间内5G移动通信技术所创造的数据量将呈几何级增长，且万物互联下的感知层也将产生更加海量的数据，从而驱动数据量快速增长[3]。可见，基于5G移动通信技术，大数据技术的应用高度、深度以及维度都将得到进一步扩展。近年来，随着电力行业的发展，电力通信数据不断增多。针对海量的电力通信数据，需要通过5G移动通信技术下的大数据技术进行有效采集、分析、评估以及处理。

1.2.4 云端技术

云端技术的实现离不开网络。随着云端技术层次的不断提高，人们对网络速度和数据流量的需求越来越高，而5G移动通信技术有效满足了其实际需求。云端技术应用5G移动通信技术，不但可以实现大量文件的快速上传，还能够有效保证文件的安全性与完整性。5G移动通信技术下的云端技术在电力通信系统中的作用包括以下3个方面。一是可以准确分析用户特点和需求，再根据分析结果为用户推送更加智能化和更加符合用户特点和需求的内容，提高通信质量。二是可以归纳、储存以及分析系统中所涉及的各类电力设备的日常运行数据，并及时发现设备运行中的异常，以便第一时间找出异常原因并制定解决方案。三是可以实现向移动终端设备层面的进一步发展，为电力通信工作人员研制更加方便快捷的信息平台。

2 光纤通信技术在电力通信中的应用

2.1 光纤通信技术简介

光纤通信技术是一种利用光导纤维传输信号进行信息传递的通信模式。在实际应用中，整个光纤通信系统是由许多光纤聚集而成的光缆构成的[4]。光纤通信技术主要具有以下几项特点。一是传输容量大。光纤一次性可收纳的电视频道能够达到上百万，可见光频率比传统的VHF高很多。二是保密性好。光导纤维的主要材质是石英，一方面能够传光，另一方面不导电且不受电磁场影响，可以保证通信传输的保密性，使信息不易被窃取。三是性能可靠。光纤不但设备数量较少，而且设备的使用寿命较长，决定了光纤通信设备极为可靠，不易发生通信系统故障。四是消耗量小。与一般的同轴电缆相比，光纤的消耗量小得多。虽然光纤的传输距离远长于一般的同轴电缆，但其在传输过程中却不会受环境影响而引起过大的消耗。

2.2 光纤通信技术在电力通信中的具体应用

2.2.1 光纤复合地线

光纤复合地线在我国电力通信系统中的应用十分广泛。光纤复合地线可以看作是一种地线复合光缆，具有良好的可靠性与稳定性。应用光纤复合地线时，几乎不用开展烦琐的运维工作即可保证网络的稳定运行[5]。但是，光纤复合地线成本较高，在实际应用中多见于旧线路改造或是新线路投建。现阶段常用的有铝管型光纤复合地线结构、铝骨架型光纤复合地线结构以及不锈钢管型光纤复合地线结构3种光纤复合地线结构。电力通信系统利用光纤复合地线主要可以实现两方面功能。一方面，通过在整个输电系统中利用光纤复合地线作为防雷线，实现电力资源传输系统中导线的保护功能。另一方面，借助于地线中光纤的信息传输功能来整合架空地线与光缆的功能。在电力通信系统中，有效应用光纤复合地线可以大幅度提升整个电力系统的输电容量，有效实现系统中架空线的高压化、超高压化和系统中架空线的有效自动化控制。目前，我国大部分城市的电力传输线路已经实现了较广的分布，而且线路复杂程度较高。在这种电力资源需求量日益提升的背景下，必须要应用超高压架空线才能够有效满足电力资源的供给需求。超高压架空线的需求数量呈不断上升趋势，充分体现了光纤复合地线在电力通信系统中的极高应用价值。

2.2.2 全介质自承光缆

目前，我国电力通信系统中广泛应用了全介质自承光缆。一般情况下，在35 kV输电线路、110 kV输电线路以及220 kV输电线路中会优先选择应用全介质自承光缆。在已组建完毕的输电线路中，全介质自承光缆也有着较多应用。自全介质自承光缆实现了高压输电线杆上电力通信系统的搭建，给电力通信领域带来的较大收益。全介质自承光缆的主要优势在于稳定性强和抗干扰能力好，在多种环境下均能够进行全介质自承光缆的架空敷设。特别是在强电场环境下，全介质自承光缆中的信号几乎不受外界因素的干扰[6]。因此，全介质自承光缆的应用大大推动了我国电力通信领域的进步与发展。当前，在网络信息技术飞速发展的背景下，社会已经全面进入信息化时代，人们对电力通信系统的要求越来越高。通过在电力通信系统中应用全介质自承光缆，不但可以有效满足电力通信系统的实际要求，还可以基于全介质自承光缆形式衍生出更多的新型电力通信业务，以推动电力通信系统的革新发展。全介质自承光缆之所以具有如此高的价值，主要是因为其拥有非常强大的光纤传输能力和光缆机械性能，可以在很多环境下表现出极强的适应性。全介质自承光缆的实际敷设中，它可以同高压输电线路一起进行敷设，施工比较方便。基于以上优势，全介质自承光缆成为了电力通信领域的重要应用技术之一。全介质自承光缆材料本身具有较高的优越性，大部分采用非金属材料，特别是全介质自承光缆的外壳，采用的是聚乙烯或其他耐电痕性能好的材质[7]。全介质自承光缆的设计充分结合了我国输电线路的实际情况和各种外界因素可能会造成的影响，如风速的影响、温度的影响以及雨雪的影响等，因此可适用于各类高压输电线路情况。总的来说，全介质自承光缆在电力通信中是一种不可替代的重要光缆类型。

2.2.3 光纤传输组网

光纤传输组网在电力通信系统中的应用展现出了较高的价值，其中密集波分复用形式应用广泛。密集波分复用形式下的光纤传输组网，是把多个不同波长的光信号整合到同一根光纤上来实现信息传输。每个相邻光波的波长之间都具有一定的间隔，且这个间隔是特定的。间隔越小，代表光信号越多[8]。密集波分复用相邻波长的间隔通常在1～10 mm。基于密集波分复用能够实现不同波长在同一光纤设备上的传输，这是光纤传输组网应用的根本目的[9]。在电力通信系统中实际应用密集波分复用时，随着波长间隔距离的缩小，光信号的数量会呈上升趋势。

3 结 论

5G移动通信技术和光纤通信技术在电力通信中的应用，深刻体现了现代电力通信系统发展的先进性。5G移动通信技术和光纤通信技术均是当下的前沿性技术，充分应用这两种先进技术，能够更好地满足现阶段电力通信系统的实际需求，从而推动电力通信系统的进一步改革与发展。