基于頻譜共享關(guān)鍵技術(shù)的230MHz電力無線網(wǎng)分析

◆梁倩云 陳少磊

基于頻譜共享關(guān)鍵技術(shù)的230MHz電力無線網(wǎng)分析

◆梁倩云1陳少磊2

（1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司遂寧供電公司 四川 629000；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司 四川 610041）

想要確保電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠可靠且安全的運(yùn)行，就要對(duì)電力無線專用網(wǎng)230MHz實(shí)施分析研究。對(duì)于電力無線而言，其專用網(wǎng)230MHz段的頻譜效率通常較低，只能實(shí)施較低速率的傳輸，這就會(huì)對(duì)電網(wǎng)新業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展造成不利影響。為使電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化，本文提出頻譜共享的算法，該算法主要是用OFDM與功率分配技術(shù)，對(duì)頻譜的效率進(jìn)行提高，從而使系統(tǒng)容量實(shí)現(xiàn)有效提高。

頻譜共享關(guān)鍵技術(shù)；230MHz；電力無線網(wǎng)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模逐漸發(fā)展壯大，新業(yè)務(wù)的發(fā)展對(duì)通信的質(zhì)量及速率提出不同的要求，這就對(duì)傳輸帶寬提出了不同的需求。想要使質(zhì)量、速率滿足各項(xiàng)新業(yè)務(wù)的要求，就需要較高的頻譜效率，且需具備對(duì)帶寬進(jìn)行靈活分配的技術(shù)。就認(rèn)知無線網(wǎng)（Cognitive Radio，CR）的頻譜共享而言，其作為可以對(duì)頻譜稀缺現(xiàn)象實(shí)施有效解決的一種技術(shù)，主要目標(biāo)就是使頻譜的利用率實(shí)現(xiàn)最大化，并使使共享用戶間的公平性得到兼顧。目前，以CR為基礎(chǔ)的頻譜共享主要是對(duì)頻譜共享池（Spectrum Pooling）實(shí)施研究，其思想主要是將分配給不同業(yè)務(wù)的部分頻譜合成公共頻譜池，然后把頻譜池劃成若干子信道[1]。所以，信道屬于頻譜進(jìn)行分配的最基本單位，頻譜實(shí)施共享產(chǎn)生的問題能夠轉(zhuǎn)化成信道分配的問題，其不僅將信道的使用率最大化作為目標(biāo)，而且還可以實(shí)現(xiàn)公平的接入以及最小的干擾。

電力無線專網(wǎng)作為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化的保障，其230 MHz段為國(guó)家專門劃分給水力、電力、地質(zhì)等各行業(yè)專用的頻譜資源。目前，電力230 MHz段傳輸只具有較低的傳輸速率，想要使智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效發(fā)展，就需要對(duì)230 MHz段頻率的利用率進(jìn)行提高，以此承載質(zhì)量及效率更高的業(yè)務(wù)[2]。正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)通?？梢允诡l譜的效率得到有效提高，并擴(kuò)展系統(tǒng)容量，且還具有抗干擾的效果，屬于良好的物理層的一項(xiàng)技術(shù)。本文主要以O(shè)FDM及功率的分配技術(shù)傳輸方案，對(duì)230 MHz段的頻譜效率進(jìn)行提高。

1 電力專網(wǎng)通信與業(yè)務(wù)需求

我國(guó)的首個(gè)TD-LTE 230 MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)建設(shè)在浙江的海鹽，其使智能電網(wǎng)配電的信息傳輸獲得專門的信號(hào)通道，并使智能電網(wǎng)的通信技術(shù)得到有效突破。無線電網(wǎng)的國(guó)家管理委員會(huì)規(guī)劃，電力的專網(wǎng)需離散分布在223 MHz~235 MHz段范圍內(nèi)，包含頻點(diǎn)40個(gè)，且各離散頻點(diǎn)的帶寬均為25 kHz。其中，單頻頻段通常包含頻點(diǎn)10個(gè)，且離散呈不均勻分布在228 MHz~230 MHz頻段，各頻道的間隔分別為25 kHz；對(duì)于雙頻組而言，其頻段共有頻點(diǎn)30個(gè)，離散呈不等間隔分布在230 MHz~235 MHz頻段以及223 MHz~228 MHz頻段，收發(fā)頻率的間隔是7 MHz，頻道的間隔為25 kHz[3]。目前，傳統(tǒng)化的單頻點(diǎn)信道僅能支撐速率較低的數(shù)據(jù)傳輸。但是，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)相關(guān)設(shè)備的維護(hù)及監(jiān)控提出更多的需求，面對(duì)這種狀況，電力通信的專網(wǎng)能夠支撐視頻、圖像等較高速率的業(yè)務(wù)，因此，電力通信的專網(wǎng)需提供顯著的數(shù)據(jù)傳輸效率。因此，想要使230 MHz頻譜資源實(shí)現(xiàn)更有效利用，就需要對(duì)頻段的頻譜效率及傳輸速率進(jìn)行有效提升。

2 電力專網(wǎng)OFDM方案的設(shè)計(jì)

在對(duì)OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施的過程中，需對(duì)各系統(tǒng)的要求進(jìn)行折中考慮，這些要求通常是互相矛盾的。對(duì)三個(gè)較主要系統(tǒng)的參數(shù)需要考慮：業(yè)務(wù)的傳輸速率、系統(tǒng)的寬帶W、多徑時(shí)延的拓展。工信部無線電管理局對(duì)230 MHz段實(shí)施規(guī)劃，子載波的間隔為25 kHz，其中，電力通信的專網(wǎng)頻點(diǎn)共40個(gè)，也就是40個(gè)子信道，1 MHz帶寬[4]。所以，通過電力通信的專網(wǎng)時(shí)，OFDM信號(hào)的寬帶W為1 MHz。OFDM信號(hào)的子載波之間需符合正交的條件，對(duì)于230 MHz電力通信的專網(wǎng)而言，由于其屬于離散分布，會(huì)造成OFDM信號(hào)的子載波之間產(chǎn)生不連續(xù)狀況，并對(duì)其設(shè)計(jì)造成相應(yīng)的難度。想要確保正交性，本文所設(shè)計(jì)的子載波間隔Δf是25 kHz，這樣雖然確保子載波的離散分布，但也只能確保兩個(gè)子載波之間相差為整數(shù)倍的Δf，從而確保子載波之間的正交性，并確保各子載波寬帶為25 kHz，且不能超過信道寬帶。

3 頻譜共享下的功率分配

想要使系統(tǒng)容量有效提高，頻譜共享可以通過貪心算法實(shí)現(xiàn)新型功率分配。對(duì)于時(shí)變特性而言，由于其無線信道通常對(duì)不同頻率具有不一樣的衰落特性，也就是頻率的選擇性衰落。根據(jù)該特性，本文以電力專用的1 MHz段，通過注水功率的分配算法對(duì)系統(tǒng)容量進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)曲線通常表示為信道帶寬內(nèi)部的不同頻率所對(duì)應(yīng)的信噪比的倒數(shù)，信道容量實(shí)現(xiàn)最大化的方式類似于將水（陰影部分，即Pav）倒入到實(shí)曲線表示的碗中，就能夠使 P（f）實(shí)現(xiàn)信道容量的最大化，這就是所謂的注水功率分配法。

4 結(jié)束語

綜上所述，為使智能電網(wǎng)有效滿足業(yè)務(wù)需求，本文提出了認(rèn)知無線電中的OFDM傳輸形式，根據(jù)230 MHz 電力運(yùn)用的頻譜特征，對(duì)OFDM參數(shù)實(shí)施分析及設(shè)計(jì)。通過對(duì)頻譜共享的算法運(yùn)用，可以使頻譜效率得到有效提高，從而使230 MHz 頻譜實(shí)現(xiàn)良好的規(guī)劃，并促使智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效發(fā)展。

[1]張亦弛，張暉.230MHz電力無線專網(wǎng)天線掛高與覆蓋效果的研究[J].數(shù)字通信世界，2019（01）：120-121+274.

[2]潘博，唐星，齊世強(qiáng).LTE230MHz電力無線專網(wǎng)KQI指標(biāo)優(yōu)化研究[J].信息通信，2018（07）：184-187.