3G和4G无线通信技术在电力ICT网络模式中的应用

表2 2G 和3G 系统数据传输速率

　　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 项目是3G 的演进，始于2004 年3GPP的多伦多会议。LTE 并非4G 技术，而是3G 与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，它改进并增强了3G 的空中接入技术，采用OFDM 和MIMO 作为其无线网络演进的唯一标准。

　　LTE 的峰值数据速率为上行50 Mbit/s，下行100 Mbit/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500 Mbit/s，下行1 Gbit/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。

图3 HARQ系统原理

　　常FEC 部分用来纠正信道中经出现的错误，以减少重传次数进而提高系统通过率；ARQ 部分的作用是纠正那些不常出现的、FEC不能纠正的错误，即当校验结果正确时，往发送端反馈ACK信号，当校验错误时，则往发送端反馈NACK 包。

　　2.4 智能电网

　　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；《IEEE 2030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。

　智能电网目前并没有一个公认的定义，但是大家普遍认为它不是局部的解决方案，而是着眼于未来电网的发展前景。它将实现发电、输电、配电、储能和用电完全自动的配置和管理，使电网变成一个高速、双向、实时、动态、交互的网络。

　　为了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。

　　4G WiMAX、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无法满足需求的情况，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经制造了采用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，无法阻止攻击者窃听，恶意修改并转发；无线传播会因多种原因造成信号衰减，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（RadioResource Control，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，以下安全措施能够保证接入到电力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。

　　4. 结束语

　　移动通信从3G 发展到4G，数据传输速率不断提高，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平台。无线通信网络可以作为其有线网络的延伸，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。