基于1.8G的頻段配電自動(dòng)化TD-LTE專網(wǎng)研究

何志宏

摘 要：以網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動(dòng)為特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，對廣泛覆蓋、安全可靠的通信支撐提出迫切需求。 隨著配用電各類生產(chǎn)業(yè)務(wù)大規(guī)模的信息化，配網(wǎng)自動(dòng)化、用電集抄、無人值守可視化管理、應(yīng)急通信、移動(dòng)巡檢及辦公等業(yè)務(wù)逐漸投入及深化應(yīng)用，亟需一個(gè)穩(wěn)定、可靠、高帶寬、低時(shí)延的堅(jiān)強(qiáng)智能通信網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)信息交換的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：頻段;配電自動(dòng)化;TD-LTE專網(wǎng)

1.引言

目前一般將光纖作為通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選，但通信網(wǎng)絡(luò)面向用戶側(cè)的“最后一公里”線路建設(shè)受各方面因素制約，使得面向用戶側(cè)的通信線路資源極其匱乏，光纖覆蓋模式無法實(shí)現(xiàn)，造成配用電主干通信網(wǎng)與配用電分支站點(diǎn)之間通信互聯(lián)嚴(yán)重缺失，成為智能配用電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸，并且光纖不能滿足快速增長的移動(dòng)業(yè)務(wù)需求。因此單一的光纖通信方式已經(jīng)不能滿足配電側(cè)業(yè)務(wù)全覆蓋、全采集、全費(fèi)控等相關(guān)營銷需求以及配網(wǎng)自動(dòng)化，而目前通信輔助方式主要是中壓載波通信及GPRS無線公網(wǎng)通信，但中壓載波通信的速率低、通信可靠性低，GPRS無線公網(wǎng)通信的速率低、通信可靠性低、安全性差、租用費(fèi)用高，使得這兩種技術(shù)只能作為替代光纖的過渡方案，而TD-LTE無線專網(wǎng)技術(shù)具備高帶寬、高安全性、干擾小、應(yīng)用靈活等特性，能夠很好地解決“最后一公里”問題及滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)需求，因此開展基于1.8G公用頻段的TD-LTE無線專網(wǎng)通信技術(shù)研究，能夠更好的為配網(wǎng)自動(dòng)化、用電集抄、無人值守可視化管理、應(yīng)急通信、移動(dòng)巡檢及辦公等業(yè)務(wù)深化應(yīng)用服務(wù)。

2. TD-LTE簡介

國內(nèi)無線頻率中將1.8GHz（1785M-1805M中20M連續(xù)頻率）作為LTE公用頻段，LTE是由3GPP組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，TD-LTE是時(shí)分雙工（Time Division Duplexing）分時(shí)長期演進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，包括正交頻分復(fù)用（OFDMA）、自適應(yīng)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、智能多天線技術(shù)（MIMO）、波束賦形技術(shù)、分布式發(fā)射與分級式接收技術(shù)、自適應(yīng)重傳機(jī)制（HARQ）、發(fā)射功率自動(dòng)控制技術(shù)。利用這些技術(shù)，TD-LTE可以很好的滿足電力系統(tǒng)無線覆蓋面積廣、終端數(shù)量多、速率傳輸時(shí)延小、上行速率高、高安全性等關(guān)鍵要求。通過對現(xiàn)有TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax、TD-LTE等技術(shù)研究比較，以及對電網(wǎng)的業(yè)務(wù)特征與分布、組網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、演進(jìn)發(fā)展等方面的綜合分析，建議采用我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-LTE第四代移動(dòng)通信技術(shù)作為首選無線接入方式。

TD-LTE在目前標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了新的空中接口和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以進(jìn)一步提高用戶傳輸速率、系統(tǒng)帶寬和覆蓋范圍，同時(shí)降低時(shí)延和運(yùn)營商的成本并提供對不同無線頻譜帶寬的支持。LTE引入了以下行OFDMA、上行SC-FDMA為代表的物理層接入技術(shù)，并全面支持MIMO，可以在20MHz帶寬的頻率上實(shí)現(xiàn)下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率。

3.電力行業(yè)的無線通信需求

電網(wǎng)公司有關(guān)智能配電通信網(wǎng)和智能用電通信網(wǎng)的研究與實(shí)踐應(yīng)用工作，并設(shè)立相關(guān)專項(xiàng)，以推進(jìn)配用電通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是對電力無線寬帶通信新技術(shù)的研究與實(shí)踐應(yīng)用。不同于公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，電力對無線通信的需求主要體現(xiàn)在以下方面：

一是電力業(yè)務(wù)分布特征突出。電力業(yè)務(wù)分布不同于傳統(tǒng)無線通信業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)分布的下列特征對無線網(wǎng)絡(luò)提出了特殊要求：終端位置相對固定、終端分布大體均勻、終端分布區(qū)域分散、網(wǎng)絡(luò)的特殊性。

二是多種電力業(yè)務(wù)需求并存。電力需求側(cè)管理特殊的應(yīng)用環(huán)境和業(yè)務(wù)需求，使業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具備以下特點(diǎn)，間斷通信與突發(fā)通信并存、非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)與實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)并存。上述間斷通信的業(yè)務(wù)屬于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，而突發(fā)通信的業(yè)務(wù)屬于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，重載負(fù)荷與輕載負(fù)荷并存

三是電力業(yè)務(wù)對無線通信技術(shù)要求較高。根據(jù)電力業(yè)務(wù)通信特點(diǎn)，對涉及的通信業(yè)務(wù)及其通信系統(tǒng)提出如下要求：可靠性要求、安全性要求、及時(shí)性要求。

4. TD-LTE在電力行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢

通過對現(xiàn)有TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax、TD-LTE等技術(shù)研究比較，以及對電網(wǎng)的業(yè)務(wù)特征與分布、組網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、演進(jìn)發(fā)展等方面的綜合分析，建議采用我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-LTE第四代移動(dòng)通信技術(shù)作為首選無線接入方式。TD-LTE在電力行業(yè)具備以下的優(yōu)勢。

一是TD-LTE更適合電力專網(wǎng)大容量的要求。配用電網(wǎng)中存在著終端分布較廣且數(shù)量巨大，巨大的網(wǎng)絡(luò)容量是傳統(tǒng)GPRS、CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、230M數(shù)字電臺(tái)等較難滿足的，相對目前系統(tǒng)容量較大的HSPA+技術(shù)，TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)容量是其5-10倍。并且，隨著TD-LTE技術(shù)的不斷演進(jìn)，未來網(wǎng)絡(luò)升級潛力巨大，速率可達(dá)到1Gbps。

二是TD-LTE更適合電力行業(yè)高安全性要求。配電網(wǎng)絡(luò)、用電網(wǎng)絡(luò)都有高度安全需求，電力專網(wǎng)不同于公共網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營環(huán)境更加容易受到外界環(huán)境影響。同時(shí)，專網(wǎng)對設(shè)備級、網(wǎng)絡(luò)級、業(yè)務(wù)級的安全都有極為嚴(yán)格的規(guī)定，而TD-LTE是多種技術(shù)融合演進(jìn)的結(jié)果，在繼承已有技術(shù)安全性的特點(diǎn)外，還在設(shè)備自恢復(fù)、業(yè)務(wù)QoS自保障、網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)層面數(shù)據(jù)加密鑒權(quán)方面得到了提升。這也為TD-LTE解決電力專網(wǎng)安全問題奠定了基礎(chǔ)。

三是TD-LTE更適合電力行業(yè)業(yè)務(wù)靈活性的要求。電力專網(wǎng)業(yè)務(wù)多以控制計(jì)量點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)為主，這些業(yè)務(wù)有著上行帶寬高、終端位置固定的特點(diǎn)。TD-LTE具備上行業(yè)務(wù)帶寬可調(diào)、低時(shí)延、系統(tǒng)扁平化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并且對業(yè)務(wù)質(zhì)量分等級進(jìn)行保障，可以更好解決電力專網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的諸多難題。

四是TD-LTE使電力企業(yè)更容易獲取頻率資源。1.8G頻段申請相對寬松，僅通過地方無委會(huì)便可申請獲得，同時(shí)TD-LTE相比其他移動(dòng)通信系統(tǒng)，可使用頻率、頻帶寬度都是非常靈活的，并且其頻率資源利用率極高。

5.配電自動(dòng)化TD-LTE解決方案

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是指將現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電和配電管理現(xiàn)代化。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)是提高供電可靠性和供電質(zhì)量、擴(kuò)大供電能力、實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。配網(wǎng)是電力系統(tǒng)中直面客戶的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，在配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是提高供電可靠性，確保供電質(zhì)量，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要手段，也是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。在農(nóng)網(wǎng)改造升級中引入這項(xiàng)技術(shù)對提高農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量很有幫助。

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