5G關(guān)鍵技術(shù)及其在智慧能源行業(yè)應(yīng)用探討

劉永旺，趙向帥

（山東省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250101）

0 引言

我國的信息技術(shù)在全世界中是占據(jù)領(lǐng)先地位的，因此這也是我國能在通信技術(shù)上彎道超車的關(guān)鍵。更加快捷的網(wǎng)速這對于信息技術(shù)的普及具有非常巨大的作用。智慧能源，這是最新提出的一個概念，其最主要指的是對能源從生產(chǎn)到終端應(yīng)用的整個過程進行智能化，利用機械代替人類的工作，這樣可以大大地降低工作人員的工作量，提高工作的效率。

1 技術(shù)應(yīng)用分析

1.1 應(yīng)用場景

1.1.1 uRLLC型應(yīng)

在這種應(yīng)用場景目前最典型的就是汽車的自動駕駛，目前這樣技術(shù)已經(jīng)完全成熟了，并且已經(jīng)有可以上路的智能汽車了，這種充分體現(xiàn)了5G技術(shù)具有即時并且可靠的特點，簡單來講就是傳輸速度快。根據(jù)5G技術(shù)的理論，整個傳輸通道的下載速度能達到1.25Gb/s，這是一個非?？斓乃俣龋旧险麄€信息傳輸通道是沒有延遲的，可以大幅度地提高自動駕駛的安全性。當(dāng)然這個應(yīng)用場景在智慧能源行業(yè)可以發(fā)揮重要的作用，比如說遠程進行維修等，這些都是這個應(yīng)用場景的成果[1]。

1.1.2 eMBB型

在這種應(yīng)用場景體現(xiàn)的是5G通信過程中的高能需求，也就是傳輸通量比較大，可以快速并且準(zhǔn)確地將某些很大的數(shù)據(jù)進行傳輸。目前最好的應(yīng)用代表是VR，VR技術(shù)不僅僅可以應(yīng)用于游戲中，而且還可以應(yīng)用到各行各業(yè)中，對于提高各行各業(yè)基礎(chǔ)培訓(xùn)具有重要的意義。目前5G技術(shù)和VR技術(shù)的結(jié)合可以很好地實現(xiàn)信息的同步展示，并且這其中包括超級網(wǎng)絡(luò)下載。和4G技術(shù)相比，其可以一秒鐘下載一部大小為2G的高清電影，這會使得信息的交流更為快捷。

1.1.3 mMTC型

這種應(yīng)用場景主要體現(xiàn)的是5G技術(shù)的宏觀層面，即可以同時處理海量的機器通信需求。智慧城市就是整個應(yīng)用場景的主要代表，在智慧城市中需要有超前的鏈接功能，實現(xiàn)整個環(huán)節(jié)信息的連接性以及共享性，并且物聯(lián)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)會出現(xiàn)高度的融合，最后實現(xiàn)萬物互聯(lián)的場景。目前這個應(yīng)用場景已經(jīng)在我國的很多城市進行了試行，通過這種智能化的管理方式，讓城市的管理更高效了，并且對于降低城市的管理成本有很好的效果[2]。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 智能化技術(shù)

智能化這是5G技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，我國目前智能化研究已經(jīng)處于世界第一梯隊，而且互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以實現(xiàn)局部的物聯(lián)網(wǎng)，越來越多的智能產(chǎn)品進入了人們的生活以及工作中。以5G技術(shù)為應(yīng)用基礎(chǔ)的云平臺，其可以實現(xiàn)多種智能產(chǎn)品的相互聯(lián)系，并且以此為基礎(chǔ)形成一個大的數(shù)據(jù)庫，然后在這個數(shù)據(jù)庫會被大數(shù)據(jù)技術(shù)進行整理和分析，在這個過程中5G技術(shù)的服務(wù)水平將會提高，其服務(wù)的質(zhì)量也會相應(yīng)提高，進而擴大5G的應(yīng)用場景，甚至可以進行定制化的個性服務(wù)[3]。

1.2.2 多天線傳輸技術(shù)

這項技術(shù)我國目前還處于初步的發(fā)展階段，還沒有得到進一步的完善，但是這個技術(shù)也是5G通信技術(shù)的一個關(guān)鍵技術(shù)，其可以通過應(yīng)用天線來提升網(wǎng)絡(luò)頻譜的利用效率，這可以大大減少通信的成本，這對于提高5G通信的應(yīng)用范圍以及效果具有重要的意義。此外，這項技術(shù)可以擴大通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，也就是說在同一個范圍內(nèi)，可以布置更少的通信基站，這可以大大減少運營商的成本，進而從側(cè)面減少了通信網(wǎng)絡(luò)的使用成本，使得5G技術(shù)能被廣泛應(yīng)用，并且被所有人接受。

1.2.3 同時同頻雙全工技術(shù)

傳輸效果決定了通信技術(shù)的應(yīng)用，目前通信都是用的是電磁波，其傳輸?shù)男Ч苋菀资艿酵饨绛h(huán)境的影響。5G技術(shù)使用了同時同頻的雙全工技術(shù)，這可以很大程度的減少環(huán)境因素對于通信穩(wěn)定性的影響，進而提高信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，保證了用戶的使用質(zhì)量。這項技術(shù)其主要應(yīng)用了接受同頻信號時消除發(fā)射機干擾信號的原理，進而提高了信息頻譜的效率。隨著技術(shù)的進步以及5G技術(shù)的應(yīng)用，該技術(shù)逐漸成熟，能夠有效保障通訊的穩(wěn)定性與可靠性。

1.2.4 新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，通信業(yè)務(wù)也在不斷發(fā)生著變化，新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)使得業(yè)務(wù)的有效整合就成為一個比較困難的問題。而目前唯一能解決這個問題的就是自組織網(wǎng)絡(luò)，自主組織網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化，進而促進業(yè)務(wù)的有效整合。而自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和5G技術(shù)結(jié)合之后會提高通信技術(shù)的互動功能，這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)使得信息儲存平臺更加穩(wěn)定，并且通信的質(zhì)量更好。尤其是對于無線網(wǎng)絡(luò)，利用其云端的優(yōu)勢，將數(shù)據(jù)以及峰值的速率結(jié)合起來，這可以清晰明白地凸顯出通信技術(shù)的優(yōu)勢，而且也提高了應(yīng)用的質(zhì)量。

1.2.5 密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用主要是利用龐大的數(shù)據(jù)流量對周圍區(qū)域進行覆蓋，然后對覆蓋的形式進行調(diào)整與改進的技術(shù)，其可以增強網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的密集性以及多元化[4]。目前我國的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率已經(jīng)十分廣泛了，因此目前對網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求不僅僅要滿足室內(nèi)用戶的需要以及需求，還需要將通信的業(yè)務(wù)拓展到室外，只有這樣才可以擴大通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋程度，并且提高數(shù)據(jù)的容量，進而創(chuàng)造更多的社會效益以及經(jīng)濟效益，尤其是對于運營商來講，這可以大大地提高其經(jīng)濟效益，并且也提高用戶的使用滿意度。此外，這種技術(shù)可以減少信噪比，對于提高5G通信技術(shù)的應(yīng)用效果具有很好的作用。

2 應(yīng)用探討

2.1 應(yīng)用需求分析

對于智慧能源的發(fā)展我國已經(jīng)出臺了相應(yīng)的指導(dǎo)文件，其中就對我國智慧能源行業(yè)提出了安全、可靠以及綠色、高效的發(fā)展目標(biāo)[5]。所以目前我國的智慧能源發(fā)展主要會集中在五個領(lǐng)域中。第一個領(lǐng)域為清潔友好的發(fā)展，目前這部分主要是提高清潔能源在發(fā)電領(lǐng)域的占比，并且很多火電廠都進行了技術(shù)的改進，降低了污染排放；第二個是輸變電技術(shù)更加安全以及高效，目前我國擁有時間上最先進的高壓輸變電技術(shù)；第三個是配電的靈活以及可靠，這對于節(jié)省電能以及保障用電需求是非常重要的，畢竟我國的能源消耗需求以及生產(chǎn)量都是不平均的，東部地區(qū)的能源缺口比較大；第四個為多樣化的智慧能源使用形式，這部分的內(nèi)容我國的建設(shè)時間比較短，目前還處于初級階段；第五個領(lǐng)域為能源互聯(lián)網(wǎng)，這可以大大地提高能源的應(yīng)用效率，進而促進生產(chǎn)力的發(fā)展。其實從本質(zhì)來講，上面的這個五個領(lǐng)域涵蓋了電力生產(chǎn)、輸送以及使用的整個流程，也就是對整個電力能源行業(yè)進行智能化的改造，提高電力的使用效率，降低電力的各項成本，在保障輸送安全的情況下，提高人們的使用穩(wěn)定性以及安全性。

2.2 應(yīng)用技術(shù)要求

5G技術(shù)我國是處于領(lǐng)先地位的，對于我國網(wǎng)絡(luò)安全性的保障具有非常重要的意義。目前我國已經(jīng)建成了數(shù)據(jù)通量達到35kV以上的主干通行網(wǎng)絡(luò)，但是面對龐大的數(shù)據(jù)交流，這個主干光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度在有時也會降低。但是利用5G技術(shù)可以將整個骨干通行網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通行進行合理的分配，進而達到保障數(shù)據(jù)通信沒有延遲的要求，實現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)的靈活接入[6]。

我國的光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在全世界都是十分領(lǐng)先的，基本上覆蓋了我國所有的有人區(qū)域，覆蓋面積十分的廣。不過因為我國的城鎮(zhèn)化率比較低，所以光纖的覆蓋成本比較高，并且維護成本也比較高。如果利用國有的光纖網(wǎng)絡(luò)對輸電網(wǎng)絡(luò)進行實時的監(jiān)管以及維護，那么信息在傳輸?shù)倪^程中可能出現(xiàn)失真或者是延遲的情況，對于電網(wǎng)的安全性維護極為不利。不過目前我國電網(wǎng)的自動化正在不斷完善，主要發(fā)展方向為“泛在化、全覆蓋”。這就需要5G這種新技術(shù)的應(yīng)用才可以支撐起我國龐大電網(wǎng)的智能化以及自動化的改造。

智能電網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在配電網(wǎng)，通過智能電網(wǎng)的應(yīng)用，可以豐富電力的應(yīng)用方式，并且對企業(yè)等用電高峰期進行合理的保障，在維護了電網(wǎng)安全運行的同時也降低了企業(yè)的用電成本，進而促進了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟及發(fā)展。原先的用電需求是以電網(wǎng)的供應(yīng)能力為基礎(chǔ)的，因此為了保障企業(yè)以及人們的用電需求，很多電力基礎(chǔ)設(shè)施都是重復(fù)建設(shè)的，這就提高了電網(wǎng)的建設(shè)成本；但是利用5G技術(shù)，就可以從業(yè)務(wù)需求方面進行用電的配給，在這個過程中當(dāng)?shù)氐碾娏究梢詫ζ髽I(yè)等用電大戶進行用電分析，在其用電高峰期保障用電的需求，而在其用電較少的時候可以將電力恢復(fù)正常，這提高了電網(wǎng)的調(diào)度能力，并且也有利于用電成本的降低。

2.3 應(yīng)用細節(jié)探討

5G技術(shù)在智慧能源的應(yīng)用主要可以分兩個方面，第一個就是控制類的應(yīng)用場景，而另外一種是采集類的應(yīng)用場景。所謂的控制類應(yīng)用場景，主要是集中在配電管理的智能化，以及對于用電量的總調(diào)控[7]。我國的能源結(jié)構(gòu)十分的不均勻，“西電東送”是我國解決能源不均衡的重要手段，而這也是我國對于電力分配的重要調(diào)控手段。配電終端是進行電力分配的重要裝置，將這些設(shè)備進行全國性的聯(lián)網(wǎng)，那么就可以完成全國范圍內(nèi)的電力調(diào)配工作。但是這個過程就需要使用到5G技術(shù)，只有這種技術(shù)擁有大量數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)哪芰?，并且傳輸?shù)乃俣群芸?，這也就代表著配電的反應(yīng)時間很短，對于保護基礎(chǔ)配電設(shè)施有很好的助力。

采集類的應(yīng)用場景主要包括大量數(shù)據(jù)的收集以及極端，還有實時視頻的應(yīng)用。簡單來講就是利用控制類的場景對全國各個配電站進行鏈接，然后利用智能化以及自動化的手段對配電站的運行數(shù)據(jù)進行收集，然后再通過計算對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行處理，最后作為配電的決策依據(jù)[8]。我國的通訊鏈接方式是點點鏈接，這是額度主站的系統(tǒng)也開始逐步的下沉，這種特點也給智能電網(wǎng)的全國性控制提供了基礎(chǔ)。在5G技術(shù)的應(yīng)用場景中，對于電網(wǎng)各處的信息采集將會縮短，這可以實現(xiàn)對信息的精準(zhǔn)控制，并且利用大數(shù)據(jù)可以對用戶的用電習(xí)慣進行分析，進而對于控制電價以及電力高峰期有很好的幫助。其次，輸電線路的安全性決定了用電的穩(wěn)定性，目前大部分的高壓輸電檢修都是由人工進行的，這對于工作人員的生命安全造成了威脅，但是利用5G技術(shù)可以采取遠程機器人檢修的方式，這不但可以保護一線檢修人員的生命安全，而且還可以提高檢修的精準(zhǔn)性。

3 結(jié)語

總而言之，智慧能源是電網(wǎng)發(fā)展的一個重要趨勢，5G技術(shù)中的很多技術(shù)是智慧能源發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)，其促進了智慧能源的發(fā)展。