摘要：介绍了ICT 对电力通信系统研究的重要意义，在分析3G/4G 移动通信系统的发展现状及应用的基础上，介绍了3G/4G 移动通信技术在电力系统通信的应急通信、配电自动化、无线视频接入和智能电网等几种重要场景中的应用， 论述了无线通信技术在ICT 网络中应用时所面临的安全问题。

  当前，信息与通信、自动化、生产、管理等应用日益走向融合，信息网络与通信网络融合在一个网络站点平台上，实现了数据信息传输、音视频会议、电话、传真、即时通信等多种类型的应用服务，这种新型网络模式称为信息通信技术（ICT,InformationCommunicationTechnology）网络模式。

  ICT网络模式不仅是业务网络的融合，还带来了产业网络的融合，给各行业的通信与信息网络带来建设、应用、运行、维护全过程的创新。

  进入20世纪90年代以来，移动通信系统快速的提升，从传统的通信业务逐渐向互联网、多媒体等宽带业务发展，为新一代电力ICT网络的无线接入带来新的选择。随着3G在整个世界范围的大规模商用，其已成为目前通信领域讨论的热点，传输速率在支持静止状态下为2Mbit/s,步行慢速移动环境中为384kbit/s,高速移动下为144kbit/s,定位于多媒体IP业务。4G将移动通信推向更大的带宽，物理层采用OFDM-MIMO技术，极大地提高了频谱效率，使数据通信速率有了质的提高。

  核心网演进为全IP网络，使用IPv6提供了海量的IP地址，同时提供了4种QoS水平，满足多种业务的服务需求，系统容量更大，功能更强。4G的最大特点是能够在任何地方提供互联网的宽带接入，同时提供信息通信之外的定时定位、数据采集、远程控制等综合功能。因此，研究3G和4G无线通信技术在新一代ICT网络模式中的应用，将无线通信接入和电力通信网络进行统一规划，最大限度地考虑电力业务与信息化发展的需求，使无线通信技术更好地服务于电力系统，具备极其重大意义。

  4G移动通信系统是目前移动通信领域的研究热点，虽然3G移动通信系统比以往的移动网络有巨大的进步，但是离目前用户对移动通信系统的期望仍有差距。所以，世界各地都展开了4G的研究和讨论。在中国，China4GWORLD于2009年5月13-14日在北京召开，会议内容有LTE（LongTermEvolution,长期演进），VoLTE和MobileBackhaul,研讨中LTE非常关注。LTE是未来主流的移动通信技术，LTER8标准已于2009年3月完全冻结，意味着LTE郑重进入商用化研发的倒计时，完全能满足2010年商用的需要。基于LTE-Advanced的研究已经在3GPP（3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划）进行，3GPP已经向ITU提交了基于LTE演进的4G候选技术的初稿，2011年初将会提交完整版本和自评估报告。

  4G通信技术与3G及现有通信技术相比，具有通信速度更快、网络频谱更宽、智能性更高、终端兼容性更好等优点。部分国内外专家认为，为了实现4G移动通信，在无线接入网络、核心网和终端技术方面都需要进行深刻的变革。

  目前关于4G的研究很多，如多址方案、调制与编码、智能天线技术等，但基于电力系统的应用研究相对比较薄弱，而4G技术在电力信息系统中的理论及应用研究正是一个能带来可观的经济效益和社会效益的领域。

  在发生灾难、事故等紧急情况下，需要启动应急通信系统建立事故现场的通信。应急通信系统的架构如图1所示。620)this.style.width=620; border=0>

  单兵视频采集终端通过无线方式将现场视频数据传送到应急通信指挥车，PDA、智能手机、手提电脑等终端通过无线接入到应急通信指挥车进行通信，这都需要大量的数据传输。系统采用OFDM作为无线通信技术，同时结合MIMO,在发端和收端配备多个天线，利用空间分集和复用，提高信道容量。由于子载波间相互正交，接收端可采用相关技术将子信道的信息分开，子信道之间的相互干扰很小。OFDM的抗频率选择性衰落和抗多径效应等性能优异，能在恶劣的地理环境中提供高质量的通信。被视为准4G技术的LTE,其系统传输带宽可在1.5~20MHz范围内灵活配置，峰值传输速率上行可达50Mbit/s,下行达到100Mbit/s;LTE-Advanced系统带宽设计为100MHz,考虑的峰值速率上行达500Mbit/s,下行达1Gbit/s.利用这样的数据速率，单兵视频采集终端能够向应急通信指挥车回传清晰的现场视频和图像数据，PDA、宽带手机等终端也能够进行高速的数据上传/下载和通信。

  3G和4G应用于配电网具有许多优势，其覆盖面广，适合分布广泛的配电网终端监测点的接入需求。3G和4G都是双向通信系统，支持数据的双向传输。3G在低速环境下的通信速率在2Mbit/s以上，4G的通信速率与3G相比，达到上行50Mbit/s、下行100Mbit/s以上。这样高的数据传输速率，完全能够很好的满足配电网自动化的信息传输要求。以4G为例，移动通信系统应用于配电自动化系统的组网方式，如图2所示。

  在保证传输数据可靠性方面，3G和4G均使用了HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest,混合自动重传）进行链路差错控制。HARQ同时使用FEC（ForwardErrorCorrection,前向纠错）和ARQ（AutomaticRepeatRequest,自动重传）技术，保证了数据吞吐量和可靠性。同时，3G和4G系统对用户均有认证机制，对传输数据均进行加密处理，以保证服务于配网自动化系统的可靠性。

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  比较表1和表2的数据可知，2G的数据传输速率无法满足传输较为清晰、连续的视频流的要求，3G相对于2G在数据速率上有了很大提高，视频电话、在线电视等多媒体服务已成功用于3G.但是传输更为清晰流畅、质量更高的视频，同时在高速移动环境下仍能保持高数据速率的通信，均对移动通信系统提出更高的要求。

  LTE的峰值数据速率为上行50Mbit/s,下行100Mbit/s.被业界普遍认为是4G标准的LTEAdvanced,考虑的峰值速率上行达到500Mbit/s,下行1Gbit/s.如此高的传输速率，能够传送图像质量更好的视频流，提供更为丰富的多媒体服务。

  同时，在保证数据可靠性、降低误码率方面，4G系统不仅采用信道编码、交织等技术，还采用HARQ进行链路差错控制。

  HARQ将FEC和ARQ两种差错控制技术相结合，综合了FEC方式的高通过率和ARQ方式的高可靠性。HARQ通信系统是在一个ARQ系统中包含一个FEC子系统，如图3所示。

  智能电网起源于1998-2002年美国电科院推动的复杂交互式网络/系统,该系统试图为电网开发一个中央神经系统，以提高调度员对网络故障的判断能力。经过几年的发展，智能电网已经得到世界各国的认可。尤其是近年，智能电网进入一个快速发展阶段，2009年5月19日，美国能源部公布了第一批智能电网标准；《IEEE2030指南：能源技术及信息技术与电力系统（EPS）、最终应用及负载的智能电网互操作》（P2030）也将于近期讨论和公布，芯片厂商英特尔将主持2009年6月3-5日在加州圣克拉拉举行的首次会议，讨论这份智能电网指南，内容包括智能网格的定义、拓扑、互操作性、最终应用、接口和集成等。在中国，智能电网技术也受到了政府和企业的高度重视，国内许多研究机构和企业都在积极地开展智能电网的研究和网络建设工作。

  为实现智能电网全自动化，需要采用先进的通信技术以保证信息高效传输。在电力系统应用的通信传输通道种类繁多，有铜芯线、电力线载波、微波中继、光纤通信等。通过应用这些载体，以及引入新的网络通信技术，智能电网可以在更广的范围实现更多的信息和应用的连接和集成，使数据在整个电力系统的不同主体及不同的应用系统间进行传输，满足智能电网对通信系统的要求。

  4GWiMAX、3G无线语音和数据通信都可用于智能电网，它们的特点是：均为双向通信系统，可实现智能电表的数据采集和控制；部署较灵活、方便，通过用户附近的基站就可实现智能电表的无线接入；具有较好的传输带宽，可以实现较高速率的数据传输；无线覆盖面广，可以应用于不具备有线通信条件或有线通信不足以满足需求的情况，成为智能电网中有线通信技术的有益补充。目前，国外公司已经展开这方面的应用，美国通用电气公司已制造了采用WiMAX技术的智能电表，使用的是英特尔的WiMAX芯片。3基于3G和4G技术的电力ICT网络中的安全

  与有线通信方式相比，无线通信的信息安全问题更为突出：信道开放，没办法阻止攻击者窃听，恶意修改并转发；无线传播会因多种问题导致信号衰减，导致信息丢失；需要经常移动设备，设备容易丢失或失窃；用户不必与网络进行实际性的连接，使得攻击者伪装成合法用户更为容易。

  4G网络相对于2G和3G网络在信息安全方面有了很多改进，设有二层保护：第一层为接入网（E-UTRAN），由eNB和UE提供RRC（RadioResourceControl,无线资源控制）信令完整性保护和机密性保护；第二层为核心网（EPC），由MME和UE执行NAS信令的加密和完整性保护。无线链路和核心网有各自的密钥，以下安全措施能确保接入到电力ICT网络中数据的安全性。

  1）拥有网络和用户间的双向认证，使攻击者无法伪装成合法用户使用网络服务或窃取合法用户个人信息，非法基站无法伪装成接入点骗取用户的接入，从而获得用户上传的信息。

  2）使用安全算法对用户数据和信令数据来进行加密和完整性保护。3）eNB和核心网之间有安全联盟，相邻的eNB之间也有安全联盟。4）4G核心网与电力ICT网络间设置防火墙，实现2个网络间的隔离，同时保证网络间传输信息的安全性。

  移动通信从3G发展到4G,数据传输速率逐步的提升，提供的业务向移动互联网、手机电视、视频通话等多媒体IP方向发展，业务种类更多，服务质量更高。未来的电力ICT网络，将是一个高带宽、IP化、多级QoS保障、提供多种业务的信息通信网络站点平台。无线通信网络可当作其有线网络的延伸，提供更丰富、灵活和方便的接入方式，从多方面满足电力ICT网络无线通信的需求。