基于5G 技術的配電物聯(lián)網(wǎng)通信技術研究

（國網(wǎng)河南省電力公司淇縣供電公司，河南 鶴壁 456750）

引言

配電物聯(lián)網(wǎng)是利用互聯(lián)網(wǎng)連接各種電力通訊設備，以此減少電能功耗，實現(xiàn)通訊交互功能的技術，配電物聯(lián)網(wǎng)通信技術的應用，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極為深遠的影響，各種電力設備采用蜂窩技術進行連接，如2G、3G、4G 等，而5G 技術則是蜂窩技術的又一次革新成果，其屬于一種新興的移動無線網(wǎng)絡技術，并于2020年開始在商業(yè)領域中進行正式部署，國際電信聯(lián)盟（ITU）更是從8 個指標提出5G 技術的應用要求，即移動性能、連接密度、基站峰值速率、頻譜效率、時延、用戶體驗速率、流量空間容量以及頻譜效率，這使得配電物聯(lián)網(wǎng)的通信速率能夠達到現(xiàn)有基礎的10 至100 倍，而其傳輸速率的峰值更是高達10Gbit/s，其端至端所產(chǎn)生的時延則達到 ms 級，并且流量密度也將提高至千倍以上，連接設備密度也能達到10 至100 倍，其頻譜效率也將提高到現(xiàn)有效率的5 至10 倍。

一、配電物聯(lián)網(wǎng)通信技術

物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)技術為基礎的一種新興技術領域，其能夠打破時空的限制，使物與物、人與物和人與人之間能夠建立緊密的聯(lián)系，而配電物聯(lián)網(wǎng)便是電力領域中對物聯(lián)網(wǎng)技術的一種全新應肜。在配電物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模部署過程中，只需花費很少的成本，即可實現(xiàn)對大數(shù)量電力設備的有效連接，并且配電物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋面積非常大，人們能夠通過配電物聯(lián)網(wǎng)來實時獲取這些連接設備的各種信息，以便于實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的高效管理。在配電物聯(lián)網(wǎng)中，其關鍵是發(fā)展蜂窩網(wǎng)絡技術，現(xiàn)階段，大部分網(wǎng)絡連接都采用短距離或固定通信標準，以往的短程無線網(wǎng)絡技術采用M2M 通信來支持短距離通信，如ZigBee、藍牙以及低功耗Wifi 等。不過，上述短程連接技術有很多局限性，難以在配電、工業(yè)等領域進行物聯(lián)網(wǎng)應用。LPWA 技術的覆蓋范圍非常廣，而且能源效率、數(shù)據(jù)速率以及信道帶寬都較高，其能耗也比較低，這些應用優(yōu)勢使其非常適合在配電物聯(lián)網(wǎng)中進行應用。LoRa 以擴頻技術為核心，其具有功耗低、成本低、傳輸距離遠以及連接節(jié)點多等諸多應用優(yōu)勢，這使其成為配電物聯(lián)網(wǎng)中一種適用于超遠距離通信的無線傳輸方案。SigFox 通過超窄帶技術來對配電物聯(lián)網(wǎng)中的無線網(wǎng)絡進行建設，能夠為配電物聯(lián)網(wǎng)提供端到端連接解決方案。對于NB-lot 以及eMTC 來說，其均屬于窄帶LTE 技術，相比于LTE 網(wǎng)絡而言，其可使傳輸速率得到大幅降低的同時，使配電物聯(lián)網(wǎng)中的設備能夠以低數(shù)據(jù)速率進行連接。也就是說，NB-lot 的帶寬在200KHz 左右，eMTC 的帶寬則為1.4MHz。并且，當流量數(shù)據(jù)的傳輸速率在100kbps 以內(nèi)時可采用NB-loT，而當流量數(shù)據(jù)的傳輸速率達到1Mbps 時，則可采用eMTC。

二、5G 技術

在5G 技術中，其核心技術主要有兩種，一種是高密度無線網(wǎng)絡技術，另一種則是高效能無線傳輸技術。在配電物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)中，通過多天線技術的應用，可使信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸可靠性以及頻譜效率得以大幅提高。此外，在5G 技術中，濾波器技術，即FBMC 技術也是一種重要的技術之一，該技術采用合成濾波器組來對發(fā)射端中的多載波進行調(diào)制，然后通過分析濾波器組來對接收端中的多載波進行解調(diào)。與正交頻分復用技術，即OFDM 技術相比，其各個子載波均配置有相應的濾波器，從而使子載波產(chǎn)生的相互干擾得以有效消除。在無線網(wǎng)絡技術中，C-RAN 技術、網(wǎng)絡功能虛擬化NFV 技術、自組織網(wǎng)絡SON、軟件定義網(wǎng)絡SDN、超密集網(wǎng)絡技術UDN 以及Multi-RAT 技術等均屬于5G 網(wǎng)絡架構(gòu)中可進行選擇的關鍵技術。其中C-RAN 技術是一種具備集中化處理、實時云計算以及協(xié)作式無線電功能的無線接入網(wǎng)架構(gòu)。而對于網(wǎng)絡功能虛擬化，即NFV 技術來說，可實現(xiàn)軟硬件解耦，進而有效擺脫了網(wǎng)絡對專用硬件的依賴，使網(wǎng)絡資源能夠靈活而高效的共享，配電物聯(lián)網(wǎng)的自適應性及彈性也能得以顯著增強。

三、5G IoT 關鍵技術

在5G 技術中，NFV 技術的目的是使網(wǎng)絡具備可擴展性，其能夠?qū)⑴潆娢锫?lián)網(wǎng)按照若干虛擬網(wǎng)絡進行劃分，而這些虛擬網(wǎng)絡均可配置相應的設備。在5GloT 技術中，其數(shù)據(jù)傳輸可采用D2D 來實現(xiàn)短程通信，這可使5Glot 的功耗得以降低，使負載更趨于平衡，進而使邊緣用戶能夠獲得更佳的Qos。這也使D2D 通信正越來越受到人們的歡迎，D2D 還能在NB-lot 上行鏈路中進行擴展，借助于NB-loT 能夠?qū)β酚煞涓C鏈路進行建立。在配電物聯(lián)網(wǎng)中，能夠?qū)⒁苿覰B-lot 用戶設備和D2D 進行搭配使用。

結(jié)語

總而言之，5G 技術正變得日益成熟化，在2020 年，我國將正式在商業(yè)領域中應用5G 網(wǎng)絡，而5G 網(wǎng)絡中的諸多關鍵技術則能夠有效滿足各個領域中的物聯(lián)網(wǎng)應用要求，進而使物聯(lián)網(wǎng)突破原有的技術瓶頸。當然，5GloT 還有一些技術問題亟需解決，只有解決這些問題，才能使其應用價值得到充分的發(fā)揮，進而更好推動配電物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。