基于LTE230的電力無線通信專網(wǎng)分析

閆成超

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司湘西供電分公司，湖南 湘西 416000）

0 引 言

配電網(wǎng)與人們生活密切相關(guān)，發(fā)展安全且高效的智能電網(wǎng)至關(guān)重要。當(dāng)前，在通信業(yè)務(wù)領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術(shù)逐漸普及。LTE230系統(tǒng)是一種基于TD-LTE技術(shù)，并以230 MHz電力專用頻點(diǎn)為傳輸基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效增加容量，提升傳輸效率，保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院透咝訹1]。因此，亟需對基于LTE230的電力無線通信專網(wǎng)進(jìn)行深入研究。

1 電力無線通信的現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，無線網(wǎng)通信技術(shù)日漸完善。其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在可在各種較為惡劣的環(huán)境下正常運(yùn)行，靈活性與拓展性均較好，維護(hù)方便，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值，有利于進(jìn)一步提升我國通信服務(wù)水平[2]。

現(xiàn)階段，由于不少電力網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)初期未能夠?qū)嵤┛茖W(xué)規(guī)范，存在國家電力通信體制較為混亂與通信性能較差問題，給現(xiàn)有光纖通信技術(shù)的發(fā)展造成一定的阻礙。因此，電力公司與相關(guān)機(jī)構(gòu)均投入了大量的資金、人力與物力，不斷研究與開發(fā)新型網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，嘗試將各種先進(jìn)的通信技術(shù)應(yīng)用于電力領(lǐng)域中，以期進(jìn)一步提高我國電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平，為人們提供更加可靠的電力服務(wù)。

2 230 MHz頻段

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，在無線通信遙測、遙控與數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用中，要求采用223.025～235.000 MHz頻段，共計(jì)12 Mbit/s帶寬與480個頻點(diǎn)，規(guī)劃為單頻、雙頻組網(wǎng)頻段。其中，2.5 MHz頻段為能源、軍隊(duì)、氣象、地震、水利、地礦、輕工以及建設(shè)等行業(yè)專用。而1 MHz（40個25 kHz離散頻點(diǎn)）配用于電力負(fù)荷監(jiān)控，是授權(quán)頻點(diǎn)最多的行業(yè)，其余9 MHz可由不同行業(yè)根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求單獨(dú)申請使用。

2013年工信部無函〔2013〕492號文件頒發(fā)，明確提出電力負(fù)控230 MHz頻譜資源使用政策；2016年工信部發(fā)布無函〔2016〕218號、219號文件頒發(fā)，支持3.5 MHz頻譜230 MHz電力無線專網(wǎng)試點(diǎn)，為230 MHz頻譜帶寬的推廣應(yīng)用提供先期測試。

3 無線通信專網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1 載波聚合技術(shù)

在無線通信系統(tǒng)應(yīng)用過程中，系統(tǒng)分配的頻點(diǎn)數(shù)量并不多，在傳統(tǒng)的數(shù)傳電臺運(yùn)行中，通常只有一個頻點(diǎn)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過將載波聚合技術(shù)應(yīng)用于LTE230系統(tǒng)，當(dāng)頻帶為離散的窄帶時，能夠?qū)⒍鄠€離散的信道作為成員載波，同時，還能夠聚合分散的成員載波，統(tǒng)一分配給電力用戶，以此產(chǎn)生高于原有窄帶系統(tǒng)很多倍的傳輸寬帶，提升寬帶傳輸效果。與LTE-A系統(tǒng)相比，LTE230系統(tǒng)應(yīng)用的載波聚合技術(shù)為混合形式，即在物理層中，同一個用戶的子載波共用一個傳輸塊，這樣不僅能夠加快數(shù)據(jù)傳輸效率，還能夠提升頻譜效率。子載波的數(shù)據(jù)流在MAC層中發(fā)生聚合，用戶能夠應(yīng)用獨(dú)立的傳輸塊，因此，用戶可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)制，有效提升調(diào)度控制水平。此外，載波聚合技術(shù)可以將多個成員載波進(jìn)行聚合，且不需要再次調(diào)制編碼方案或者設(shè)計(jì)物力信道，提升了LTE230系統(tǒng)的載波承載數(shù)據(jù)水平。

3.2 正交頻分多址技術(shù)

實(shí)際應(yīng)用正交頻分多址技術(shù)時需要調(diào)制OFDMA各子載波。由于可以采用FFT技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個載波之間的重疊，可以做到時間、頻率的同步，同時，由于該技術(shù)采用上行鏈路的功率控制形式，能夠最大程度降低干擾，提升系統(tǒng)傳輸效率。在應(yīng)用OFDMA多址技術(shù)時，需要使用載波間的保護(hù)頻帶，因而會在一定程度上影響頻譜效率，對此，可運(yùn)用正交頻分多址技術(shù)將信道劃分為多個信道，并結(jié)合各個信道的實(shí)際情況，合理分配傳輸功率，從而增加系統(tǒng)容量，提升頻譜效率。

3.3 自適應(yīng)重傳技術(shù)

自適應(yīng)重傳技術(shù)是一種先進(jìn)的物理層技術(shù)，能夠?qū)⒆詣又貍髡埱笈c前向糾錯進(jìn)行有效結(jié)合。通過將其應(yīng)用于系統(tǒng)運(yùn)行中，可在一定的信道條件基礎(chǔ)上改變傳輸效率，且應(yīng)用效果不會受到暫態(tài)信道測量結(jié)果與時間的影響。同時，自適應(yīng)重傳技術(shù)可根據(jù)信道條件變化形式，選擇合適的調(diào)制模式與編碼方式。在LTE230系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，高強(qiáng)度影響會對信道條件造成不良影響，而應(yīng)用低階調(diào)制模式，可以降低數(shù)據(jù)傳輸速度，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。如果信道條件比較差，則可以應(yīng)用高階調(diào)制模式，增加頻譜利用，促進(jìn)傳輸效率的提升。

4 電力無線通信專網(wǎng)在LTE230系統(tǒng)下的構(gòu)建

4.1 單基站覆蓋的優(yōu)勢

鑒于電網(wǎng)分布范圍廣且布局分散，采用單基站覆蓋形式可以有效減少相同覆蓋面積下的基站數(shù)量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的無縫對接，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋。覆蓋能力是檢驗(yàn)通信網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)，對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本也有直接影響。因此，進(jìn)行電力無線通信專網(wǎng)建設(shè)時需要重點(diǎn)考量覆蓋能力。實(shí)際測試數(shù)據(jù)表明，230 MHz頻段的覆蓋能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出400 MHz、1 400 MHz以及1 800 MHz等頻段。LTE230系統(tǒng)的工作頻段正是230 MHz，其頻譜呈現(xiàn)出25 kHz窄帶離散梳狀分布的特點(diǎn)，通過對農(nóng)村、郊區(qū)以及城區(qū)三種不同的工作環(huán)境實(shí)施仿真，可分析解調(diào)門限、干擾余量以及陰影衰落等方面的性能因素，得出LTE230系統(tǒng)的準(zhǔn)確覆蓋能力。LTE230覆蓋半徑如表1所示。

4.2 LTE230系統(tǒng)在電力業(yè)務(wù)中的適用性

在電力無線通信專網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用LTE230系統(tǒng)，需要明確業(yè)務(wù)特點(diǎn)。通常，在智能電網(wǎng)配用電側(cè)，會同時存在小寬帶與大寬帶，其中小寬帶最主要。此外，終端種類復(fù)雜，數(shù)量較多，分布分散，為滿足實(shí)時性要求，必須對業(yè)務(wù)進(jìn)行分級管理。在LTE230系統(tǒng)下存在SPE系列的高性能終端與LCM系列的低性能終端。其中，SPE可以在檢修、搶修以及可視化管理等高速率的大帶寬業(yè)務(wù)中應(yīng)用，而LCM主要用于負(fù)荷控制、信息采集等低速率的小帶寬業(yè)務(wù)。同時，LTE230系統(tǒng)可以支持超過2 000個終端同時在線通信，是常規(guī)通信系統(tǒng)的5倍，可滿足電力系統(tǒng)龐大的業(yè)務(wù)需求。LTE230系統(tǒng)也可以針對不同類型的電力業(yè)務(wù)進(jìn)行分級管理，區(qū)別出不同業(yè)務(wù)之間的操作流程與順序，提升業(yè)務(wù)處理效率。

4.3 LTE230系統(tǒng)的傳輸速率

傳統(tǒng)的數(shù)傳電臺230頻段僅能使用單一的頻段資源，效率低，最大速率僅為19.2 kb/s，不能滿足電力無線通信專網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際需求。如果采取提高數(shù)據(jù)采集頻率的形式來實(shí)現(xiàn)階梯電價(jià)或分時電價(jià)，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的通信量大幅攀升，且若要進(jìn)一步開發(fā)視頻傳輸功能，數(shù)據(jù)傳輸速率至少要達(dá)到200 kb/s才能滿足業(yè)務(wù)需求，這是當(dāng)前的電力無線通信專網(wǎng)無法實(shí)現(xiàn)的。而LTE230系統(tǒng)的頻譜資源具有窄帶離散與梳狀無規(guī)則的分布特點(diǎn)。其基礎(chǔ)是LTE核心技術(shù)，可將未連續(xù)分配的載波聚合，進(jìn)而統(tǒng)一分配給電力用戶，保證寬帶傳輸效果[3]。此外，在LTE230系統(tǒng)應(yīng)用過程中，可根據(jù)電力業(yè)務(wù)的不同，靈活選擇聚合程度以及是否進(jìn)行聚合，實(shí)現(xiàn)頻段資源的高效利用。在LTE230系統(tǒng)中，電力無線通信專網(wǎng)的上下峰值可到15 Mb/s和6 Mb/s。

5 結(jié) 論

LTE230系統(tǒng)的覆蓋范圍大，且應(yīng)用成本較低，能夠有效滿足人們對電力配網(wǎng)無線通信的需要，提升用電信息采集系統(tǒng)的承載能力。