LTE 230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)在晉江電力通信中的應(yīng)用研究

葉新生

摘要：本文研究并設(shè)計(jì)基于LTE 230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)，通過(guò)性能測(cè)試驗(yàn)證了LTE 230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)對(duì)230MHz頻段的高效利用，為國(guó)家優(yōu)質(zhì)頻率資源分配及電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；性能測(cè)試；頻譜感知

引言

為適應(yīng)國(guó)家能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的配電自動(dòng)化、用電信息采集、分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)充電站（樁）、配變監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用，以及移動(dòng)巡檢、配網(wǎng)搶修、智能家居等擴(kuò)展業(yè)務(wù)綜合接入通信需求，建立高速、靈活、開(kāi)放、安全和多元化的終端通信接入網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)接入網(wǎng)）迫在眉睫，電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)作為終端通信接入網(wǎng)的重要組成部分，是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要支撐。

一、基于LTE 230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

根據(jù)福建晉江接入網(wǎng)現(xiàn)狀，文章基于LTE-G 230MHz的電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由接入層、匯聚層、核心層和應(yīng)用層共同組成，如圖一所示。

接入層主要由LTE230MHz無(wú)線(xiàn)通信終端、安全接入單元、電力業(yè)務(wù)終端組成，無(wú)線(xiàn)終端根據(jù)接入業(yè)務(wù)帶寬分為窄帶終端、寬帶終端、集群終端，其中窄帶終端接入用電信息采集和配網(wǎng)自動(dòng)化等電力基礎(chǔ)類(lèi)業(yè)務(wù)，寬帶終端為站房綜合監(jiān)控業(yè)務(wù)，集群手持機(jī)為應(yīng)急語(yǔ)音業(yè)務(wù)。匯聚層主體為L(zhǎng)TE230MHz無(wú)線(xiàn)基站及傳輸回程網(wǎng)。

針對(duì)不同種類(lèi)電力業(yè)務(wù)終端對(duì)通信接入實(shí)時(shí)性、可靠性等指標(biāo)要求的不同，對(duì)不同等級(jí)的業(yè)務(wù)終端需進(jìn)行各自的優(yōu)先級(jí)設(shè)定，且系統(tǒng)在分配資源過(guò)程中，調(diào)度器要根據(jù)用戶(hù)的優(yōu)先級(jí)以及信道質(zhì)量的變化對(duì)用戶(hù)進(jìn)行合理地資源分配，確保優(yōu)先級(jí)高的用戶(hù)具有資源分配的優(yōu)先權(quán)，以降低傳輸時(shí)延。

二、性能仿真測(cè)試

（一）網(wǎng)絡(luò)性能關(guān)鍵指標(biāo)

（1）小區(qū)吞吐量與覆蓋半徑驗(yàn)證。沿金井供電所基站覆蓋范圍徑向選取多個(gè)測(cè)試點(diǎn)以驗(yàn)證無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信距離與吞吐量的關(guān)系，根據(jù)測(cè)試結(jié)果表明：信號(hào)最佳測(cè)試點(diǎn)上行吞吐量為5.61Mbps，下行吞吐量為1.87Mbps。邊緣測(cè)試點(diǎn)的上行吞吐量為670kbps，下行吞吐量為220kbps。為驗(yàn)證區(qū)域內(nèi)覆蓋信號(hào)質(zhì)量，進(jìn)行覆蓋打點(diǎn)測(cè)試，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)得出，域內(nèi)無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)覆蓋率達(dá)到89.3%，覆蓋良好區(qū)域占比61%，覆蓋質(zhì)差區(qū)域占比11%。金井供電所基站的西北方向信號(hào)覆蓋到達(dá)英林鎮(zhèn)，金井供電所基站的東北方向最遠(yuǎn)覆蓋距離為8.5km。金井供電所西南部受山丘地貌遮擋，無(wú)線(xiàn)信號(hào)較弱。

（2）時(shí)延測(cè)試驗(yàn)證。傳統(tǒng)TD-LTE系統(tǒng)的傳輸時(shí)延由制面時(shí)延和用戶(hù)面時(shí)延兩部分構(gòu)成?？刂泼鏁r(shí)延指的是建立時(shí)延定義為駐留狀態(tài)（IDLE）到連接狀態(tài)的遷移以及從睡眠狀態(tài)到連接狀態(tài)遷移的時(shí)間；用戶(hù)面時(shí)延主要指處于連接態(tài)用戶(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)存在的時(shí)延。傳輸時(shí)延測(cè)試為在不同傳輸距離下的Ping包時(shí)延測(cè)試結(jié)果：傳輸距離為1km時(shí)，平均時(shí)延為150ms，最小時(shí)延為138ms，最大時(shí)延為165ms；傳輸距離為2km時(shí)，平均時(shí)延為152ms，最小時(shí)延為140ms，最大時(shí)延為170ms；傳輸距離為3km時(shí)，平均時(shí)延為155ms，最小時(shí)延為143ms，最大時(shí)延為172ms；傳輸距離為4km時(shí)，平均時(shí)延為160ms，最小時(shí)延為145ms，最大時(shí)延為175ms；通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，系統(tǒng)時(shí)延隨距離的變化不明顯，平均時(shí)延保持在150ms-158ms之間。

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)包大小對(duì)時(shí)延的影響，在時(shí)延測(cè)試中通過(guò)改變傳輸數(shù)據(jù)包大小，分別以低壓集抄、專(zhuān)變負(fù)控、線(xiàn)路故障指示器、環(huán)網(wǎng)柜DTU的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包進(jìn)行模擬測(cè)試，其結(jié)果如下：當(dāng)?shù)蛪杭瓟?shù)據(jù)包為32byte時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延為150ms；專(zhuān)變負(fù)控?cái)?shù)據(jù)包為78byte時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延為168ms；環(huán)網(wǎng)柜DTU數(shù)據(jù)包為52 byte時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延為163ms；線(xiàn)路故障指示器數(shù)據(jù)包為32 byte時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延為1503ms；通過(guò)以上數(shù)據(jù)可看出系統(tǒng)傳輸時(shí)延會(huì)隨數(shù)據(jù)包的大小在150ms至168ms之間產(chǎn)生變化。

（3）通信成功率。通信成功率驗(yàn)證包括通信鏈路建立成功率、終端在線(xiàn)率、丟包率。鏈路建立成功率為開(kāi)機(jī)附著成功率，測(cè)試方法為在信號(hào)好點(diǎn)、中點(diǎn)和差點(diǎn)分別進(jìn)行50次開(kāi)機(jī)附著，記錄成功附著次數(shù)，測(cè)試結(jié)果均為附著成功率為100%。終端在線(xiàn)率統(tǒng)計(jì)LTE230MHz系統(tǒng)內(nèi)在線(xiàn)終端與簽約終端的比率。從LTE230MHz網(wǎng)管中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果具體包含集中器抄終端在線(xiàn)數(shù)50，專(zhuān)變負(fù)控終端線(xiàn)數(shù)50，線(xiàn)路故障指示器終端在線(xiàn)數(shù)50，DTU終端在線(xiàn)數(shù)20，站房綜合監(jiān)控終端在線(xiàn)數(shù)6，應(yīng)急指揮集群調(diào)度手持終端在線(xiàn)數(shù)10，以上合計(jì)在線(xiàn)數(shù)為186，其中簽約終端數(shù)為186，在線(xiàn)率達(dá)到100%。

（二）頻譜感知及干擾規(guī)避技術(shù)驗(yàn)證

用電信息采集業(yè)務(wù)適配性驗(yàn)證包括低壓集抄和專(zhuān)變負(fù)控2類(lèi)用采營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)。內(nèi)置通信模塊的方式替換集中器公網(wǎng)通信模塊，實(shí)現(xiàn)居民采集業(yè)務(wù)從公網(wǎng)信道到專(zhuān)網(wǎng)信道的轉(zhuǎn)換。對(duì)晉江供電公司供區(qū)范圍內(nèi)用電信息采集日采集成功率統(tǒng)計(jì)，無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)信道用電信息采集成功率為99.19%，LTE230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的日采集成功率為99.57%；無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的專(zhuān)變負(fù)控日采集成功率為99.72%，LTE230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的日采集成功率為100%。

配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)驗(yàn)證包括環(huán)網(wǎng)柜DTU“三遙”和線(xiàn)路故障指示器“二遙”兩種業(yè)務(wù)。DTU采用LCM203無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)模塊，故障指示采用BRU無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)模塊。無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)信道的線(xiàn)路故障指示器“二遙”業(yè)務(wù)在線(xiàn)率為99.16%，LTE 230無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的在線(xiàn)率為99.98%。無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)承載的環(huán)網(wǎng)柜DTU遙控成功率100%，在線(xiàn)率98.84%，平均返校時(shí)延6.93秒，在線(xiàn)率99.84%。

結(jié)論

本文對(duì)福建晉江終端通信接入網(wǎng)現(xiàn)狀，研究并設(shè)計(jì)了基于LTE 230MHz的電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)方案并將其成功應(yīng)用于晉江地區(qū)配用電業(yè)務(wù)的承載。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行和測(cè)試驗(yàn)證證明，基于230MHz頻譜資源，采用TD-LTE技術(shù)的電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)終端通信多業(yè)務(wù)承載比較理想的解決方案。

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