基于LTE230的長島電力無線專網(wǎng)應用與實現(xiàn)*

田兵 張雷 劉振棟 張鹍 趙作斌 馬永銘 柳培忠

【摘 要】針對山東長島特有的復雜海島環(huán)境、交通不便、通信網(wǎng)絡分散等問題，提出了建設LTE230系統(tǒng)的發(fā)展方案。通過對LTE230系統(tǒng)的優(yōu)勢特點進行分析，著重介紹了多個智能化的應用，該系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中發(fā)揮了不可替代的作用，其良好的覆蓋效果和通信能力可滿足當?shù)氐膽眯枨蟆?/p>

【關鍵詞】通信網(wǎng)絡 LTE230 智能電網(wǎng)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.015 中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）06-0067-04

引用格式：田兵，張雷，劉振棟，等. 基于LTE230的長島電力無線專網(wǎng)應用與實現(xiàn)[J]. 移動通信， 2016，40（6）： 67-70.

1 引言

目前，國內(nèi)的通信方式主要包括有線網(wǎng)、無線公網(wǎng)和無線專網(wǎng)。由于現(xiàn)在配用電網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)復雜、節(jié)點眾多，且安全性和可靠性得不到保證，因此建設容量大、資源專用和安全性高的無線專網(wǎng)得到了人們越來越多的重視。

LTE230系統(tǒng)是基于TD-LTE核心技術，工作在電力專有的230MHz頻譜系統(tǒng)，由于其具有低成本、廣覆蓋、安全性高、可靠性高等特點，因此正廣泛應用于電力無線通信系統(tǒng)。本文根據(jù)LTE230系統(tǒng)的特點，針對山東長島復雜的地理環(huán)境，給出了LTE230系統(tǒng)的建設方案，并配備了用戶信息采集、遠程控制、視頻監(jiān)控、語音調(diào)度、應急維修和海底監(jiān)測等應用業(yè)務。

2 LTE230系統(tǒng)架構(gòu)

LTE230系統(tǒng)是基于電力專用的230MHz頻譜，采用TD-LTE技術，依托頻譜聚合、OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址）、干擾協(xié)調(diào)等技術，達到了離散窄帶寬帶傳輸?shù)臈l件，使無線專網(wǎng)在電力行業(yè)得到廣泛應用。如圖1所示，LTE230系統(tǒng)主要由無線終端、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)及網(wǎng)管構(gòu)成，應用層由多個應用業(yè)務形成聯(lián)合指揮調(diào)控的統(tǒng)一網(wǎng)絡。

（1）無線終端是直接與用電信息采集、負控、配電自動化、視頻監(jiān)控和輸電線路監(jiān)控等電力終端設備通信。終端與監(jiān)控單元能夠無需借助其他設備快速連接，做到實時傳輸并負責收集終端數(shù)據(jù)，及時處理且做出統(tǒng)一調(diào)度。

（2）接入網(wǎng)是由多個無線基站組成，能夠接入多路用戶，而且每個基站單個扇區(qū)最多可接入2000個電力數(shù)據(jù)用戶，可以使用戶達到全覆蓋。

（3）核心網(wǎng)負責業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸和對接入網(wǎng)的管理，直接與智能電網(wǎng)主站連接。通過核心網(wǎng)電力終端，在數(shù)據(jù)采集、調(diào)度指揮、視頻監(jiān)控、應急搶險等應用方面具有顯著效果。

（4）網(wǎng)絡管理單元主要是對設備運維和網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控，通過與現(xiàn)存的電力信息管理進行結(jié)合，并能利用現(xiàn)代化的各種多媒體技術、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）/GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）技術等實時動態(tài)觀測，統(tǒng)一調(diào)度，形成了一套現(xiàn)代化的多媒體指揮系統(tǒng)。

3 LTE230系統(tǒng)應用

3.1 溫度監(jiān)測

將無源溫度傳感器安裝于開關柜、變壓器、變電站內(nèi)的觸頭和接點上并緊密接觸，在距離傳感器2m之內(nèi)的位置安裝無線讀寫裝置的天線以獲取傳感器回傳的信息，讀寫裝置再通過LTE230無線通信終端將信息傳送到監(jiān)控中心，實現(xiàn)開關柜、變壓器、變電站內(nèi)的觸點和接點溫升的在線監(jiān)測，以達到對配用電網(wǎng)故障事前預警的目的，輔助管理和平衡電力負荷，從而確保供電的安全穩(wěn)定。

3.2 應急通信保障

LTE230應急通信保障及會議電視系統(tǒng)由調(diào)度臺、視音頻系統(tǒng)、LTE230網(wǎng)絡、調(diào)度服務器、車載式通信終端、適合野外作業(yè)的特種智能通信終端、專用通信終端、通用智能通信終端以及用以承載以上部分系統(tǒng)的車輛構(gòu)成。

系統(tǒng)承載車輛可以利用現(xiàn)有工程車輛實現(xiàn)，將車載終端安裝在工程車輛適當位置，供電采用車上直流12V電源。LTE230天線和wifiAP（Wireless Access Point，無線訪問接入點）天線應用時最好放置在工程車輛的車頂，這樣接收信號和信號覆蓋會好些。長島是由多個獨立的海島組成，應保證每個海島具有一輛簡易的應急保障車輛，以方便工程搶修和項目施工時做內(nèi)部通信保障應用。

（1）語音調(diào)度

系統(tǒng)支持組呼、廣播、強插、強拆、動態(tài)重組等一系列傳統(tǒng)調(diào)度業(yè)務。系統(tǒng)具備優(yōu)異的集群性能指標，在語音調(diào)度的功能和性能方面均不遜色于傳統(tǒng)數(shù)字集群系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)調(diào)度和視頻調(diào)度的綜合應用能夠大大拓寬調(diào)度系統(tǒng)的應用范圍，提高效率。應急指揮智能調(diào)度系統(tǒng)支持混合組網(wǎng)，可以融合已有的通信系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還具有錄音、錄像、監(jiān)聽、公告、存儲、遠程控制功能。

（2）視頻調(diào)度

視頻調(diào)度系統(tǒng)通過將各種語音、視頻通信設備、視頻會議等應用高效地融合在一起，進行統(tǒng)一接入、分類和管理，匯聚在一起后最終在大屏上統(tǒng)一顯示，可方便指揮員全方位地了解現(xiàn)場情況，更加高效地對現(xiàn)場進行指揮。

系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程視頻會議、遠程視頻監(jiān)控、遠程移動單兵音視頻回傳、視頻監(jiān)控自動診斷、有線/無線語音指揮、音視頻聯(lián)動指揮等多媒體指揮業(yè)務，同時還能把電力視頻防盜、辦公大樓安防系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)搭建好的視頻信息進行管理和調(diào)用。系統(tǒng)終端能夠主動上傳視頻，并可主動調(diào)看其他移動或固定終端實時視頻，支持視頻主動獲取及視頻遠程調(diào)閱的工作方式。

（3）電力GIS/GPS

電力GIS是運用現(xiàn)代化的信息管理系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的生產(chǎn)管理相結(jié)合，通過該系統(tǒng)可以實時跟蹤電力設備和電網(wǎng)運行狀態(tài)信息、生產(chǎn)管理和電力技術信息。GIS具有開放性的環(huán)境，能支持多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過GIS可以將地理環(huán)境與周邊自然環(huán)境集中于統(tǒng)一系統(tǒng)中，通過該系統(tǒng)查詢有關數(shù)據(jù)和技術資料。

為了實現(xiàn)對具有通信能力的人員及車輛的定位和調(diào)度能力，系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)對單兵系統(tǒng)、機動應急通信車系統(tǒng)等具備GPS定位信息的通信終端的定位查詢?？梢栽贕IS地圖上直接對各通信單元進行通信調(diào)度操作，實現(xiàn)圈選、點擊、分組實時通信和調(diào)度操作，提高系統(tǒng)的互動性和快速的指揮部署能力。

3.3 海底電纜監(jiān)測

（1）維護海底電纜

海底電纜監(jiān)測主要監(jiān)測過往船只不能在有海底電纜的海域駐留、作業(yè)等，一旦出現(xiàn)，系統(tǒng)要及時給予告警，以便及時驅(qū)離駐留、作業(yè)的船只，從而避免過往船只無意損壞海底電纜的情況。

監(jiān)測海上船只目前最有效的方案是采用雷達技術，利用X波段雷達可以全天候監(jiān)測半徑30公里海域內(nèi)的所有過往船只的航速、位置、大小等信息。為達到更好的監(jiān)測效果，可以采用雷達監(jiān)測與視頻監(jiān)測相結(jié)合的方案。當雷達發(fā)現(xiàn)告警船只時，可以觸發(fā)攝像機遠控詳細跟蹤觀察海域內(nèi)的船只并記錄存儲。

（2）海底光纜實時在線監(jiān)測

為保證電力通信網(wǎng)的安全，需要更為可靠的實時在線監(jiān)測，它是確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行的重要技術手段。在光纜網(wǎng)劣化遇到險情時，RFTS（Remote Fiber Testing System，光纜網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)）可以進行險情預警和定位，從而大幅度增強通信網(wǎng)絡的防毀能力，降低光纜阻斷的發(fā)生率，這將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，對建設電力系統(tǒng)堅強通信網(wǎng)工作，尤其是對光通信專業(yè)管理智能化工作具有非常重要的現(xiàn)實意義。

該系統(tǒng)主要是對光纜接頭事件點、光纜段、光纖鏈路以及光纜網(wǎng)不同層次進行預警分析，通過自動方式啟動OTDR（Optical Time Domain Reflectometer，光時域反射儀）對指定光纖進行測試，獲取光纜測試數(shù)據(jù)，即沿光纜數(shù)萬個均勻分布點的散射和反射功率電平值，所有取樣點的連線構(gòu)成了該光纖鏈路的OTDR曲線，光纖連接器、斷裂、終點會引起光的反射，形成向上突變的反射事件；光纖的彎曲、熔接會增加光纖的衰耗，引起向下的突變，形成非反射事件。通過數(shù)據(jù)分析找到曲線的突變點，確定光纖頭端、尾端、接頭、熔接等光纖事件點。系統(tǒng)通過自動參考數(shù)據(jù)比對，分析事件點、光纜段、光纖鏈路衰耗數(shù)據(jù)的變化，將復雜的分析過程變得十分簡單。通過邏輯拓撲呈現(xiàn)方式，確定光纜的運行狀態(tài)，當數(shù)據(jù)變化超過預警門限時發(fā)出直觀的預警信息。

3.4 移動辦公和電視會議

移動辦公是在有LTE230網(wǎng)絡覆蓋的條件下，利用LTE230 CPE（Customer Premise Equipment，客戶終端設備）+wifiAP構(gòu)成的通信終端，實現(xiàn)支持Wi-Fi的Pad（Portable android device，平板電腦）接入電力通信內(nèi)網(wǎng)。但要將Pad改造為只能通過wifiAP+LTE230 CPE訪問接入，而不能再通過Wi-Fi訪問接入任何其他網(wǎng)絡，這樣能夠快速解決突發(fā)狀況，大大提高了辦公效率和辦公自動化能力。

此外，由于長島是由多個獨立的島嶼組成，相互間交通只有靠船只，而船只受環(huán)境的影響較大，風力大時船只就停航，這使得長島電力公司內(nèi)部召開會議、工作部署等成為難事，因此有必要在長島電力公司內(nèi)部應用電視會議系統(tǒng)。由于電視會議具有高性能語音識別、數(shù)據(jù)協(xié)同功能和會議控制功能等特點，從而實現(xiàn)了長島同步會議，有利于交流，統(tǒng)一部署控制。

4 LTE230系統(tǒng)優(yōu)勢分析

長島是由多個小島組成的海島環(huán)境，道路交通不是很方便，建設有線電纜會大大增加成本費用，而無線公網(wǎng)覆蓋率還遠達不到用戶需求，且安全性和可靠性也無法保證。因此，在長島建設LTE230無線專網(wǎng)既能節(jié)省成本，又能在很大程度上改善長島的通信狀況。

簡潔綜合的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，通過溫度監(jiān)測的應用，可以實時在線排查基站配用電故障，確保配用電安全，應急通信保障通過遠程監(jiān)控，實時在線監(jiān)控，加上良好的視頻和語音調(diào)度，提高工作效率，統(tǒng)一部署。擁有移動辦公和電視會議等業(yè)務應用，充分補充了應急系統(tǒng)處置能力和統(tǒng)一調(diào)度規(guī)劃能力，實現(xiàn)了長島的廣泛覆蓋。

此外，LTE230系統(tǒng)的低成本、專有的230MHz頻率資源，提高了無線專網(wǎng)的利用效率。在用戶體驗方面，擁有大容量接入技術，能同時容納大量用戶實時在線，并且擁有良好的通信條件；在用戶信息采集方面，傳統(tǒng)的抄表業(yè)務抄收成功率不高、可靠性不強、花費成本大、用戶信息安全難以保障，而LTE230系統(tǒng)只需一個電力終端系統(tǒng)就能完美收集數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

本文通過介紹LTE230系統(tǒng)在山東長島的應用，體現(xiàn)了該系統(tǒng)的靈活性和可靠性，可以在不同的復雜地理環(huán)境下，結(jié)合LTE230系統(tǒng)的特點推出多種應用方案，達到了智能電網(wǎng)的要求。LTE230系統(tǒng)在智能配電網(wǎng)中，實現(xiàn)了用電信息的采集、配用電自動化、圖像及視頻傳輸?shù)葮I(yè)務，提高了電力無線通信專網(wǎng)的應用服務能力和應用前景，同時提升了電網(wǎng)的互動化水平，為國家電網(wǎng)推廣堅強智能電網(wǎng)的目標提供了可靠依據(jù)。

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