基于LTE230的長島電力無線專網(wǎng)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)*

田兵 張雷 劉振棟 張鹍 趙作斌 馬永銘 柳培忠

【摘 要】針對(duì)山東長島特有的復(fù)雜海島環(huán)境、交通不便、通信網(wǎng)絡(luò)分散等問題，提出了建設(shè)LTE230系統(tǒng)的發(fā)展方案。通過對(duì)LTE230系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)進(jìn)行分析，著重介紹了多個(gè)智能化的應(yīng)用，該系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中發(fā)揮了不可替代的作用，其良好的覆蓋效果和通信能力可滿足當(dāng)?shù)氐膽?yīng)用需求。

【關(guān)鍵詞】通信網(wǎng)絡(luò) LTE230 智能電網(wǎng)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.06.015 中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）06-0067-04

引用格式：田兵，張雷，劉振棟，等. 基于LTE230的長島電力無線專網(wǎng)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J]. 移動(dòng)通信， 2016，40（6）： 67-70.

1 引言

目前，國內(nèi)的通信方式主要包括有線網(wǎng)、無線公網(wǎng)和無線專網(wǎng)。由于現(xiàn)在配用電網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)眾多，且安全性和可靠性得不到保證，因此建設(shè)容量大、資源專用和安全性高的無線專網(wǎng)得到了人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暋?/p>

LTE230系統(tǒng)是基于TD-LTE核心技術(shù)，工作在電力專有的230MHz頻譜系統(tǒng)，由于其具有低成本、廣覆蓋、安全性高、可靠性高等特點(diǎn)，因此正廣泛應(yīng)用于電力無線通信系統(tǒng)。本文根據(jù)LTE230系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)山東長島復(fù)雜的地理環(huán)境，給出了LTE230系統(tǒng)的建設(shè)方案，并配備了用戶信息采集、遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控、語音調(diào)度、應(yīng)急維修和海底監(jiān)測(cè)等應(yīng)用業(yè)務(wù)。

2 LTE230系統(tǒng)架構(gòu)

LTE230系統(tǒng)是基于電力專用的230MHz頻譜，采用TD-LTE技術(shù)，依托頻譜聚合、OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址）、干擾協(xié)調(diào)等技術(shù)，達(dá)到了離散窄帶寬帶傳輸?shù)臈l件，使無線專網(wǎng)在電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。如圖1所示，LTE230系統(tǒng)主要由無線終端、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)及網(wǎng)管構(gòu)成，應(yīng)用層由多個(gè)應(yīng)用業(yè)務(wù)形成聯(lián)合指揮調(diào)控的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。

（1）無線終端是直接與用電信息采集、負(fù)控、配電自動(dòng)化、視頻監(jiān)控和輸電線路監(jiān)控等電力終端設(shè)備通信。終端與監(jiān)控單元能夠無需借助其他設(shè)備快速連接，做到實(shí)時(shí)傳輸并負(fù)責(zé)收集終端數(shù)據(jù)，及時(shí)處理且做出統(tǒng)一調(diào)度。

（2）接入網(wǎng)是由多個(gè)無線基站組成，能夠接入多路用戶，而且每個(gè)基站單個(gè)扇區(qū)最多可接入2000個(gè)電力數(shù)據(jù)用戶，可以使用戶達(dá)到全覆蓋。

（3）核心網(wǎng)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸和對(duì)接入網(wǎng)的管理，直接與智能電網(wǎng)主站連接。通過核心網(wǎng)電力終端，在數(shù)據(jù)采集、調(diào)度指揮、視頻監(jiān)控、應(yīng)急搶險(xiǎn)等應(yīng)用方面具有顯著效果。

（4）網(wǎng)絡(luò)管理單元主要是對(duì)設(shè)備運(yùn)維和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，通過與現(xiàn)存的電力信息管理進(jìn)行結(jié)合，并能利用現(xiàn)代化的各種多媒體技術(shù)、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）/GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）技術(shù)等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)，統(tǒng)一調(diào)度，形成了一套現(xiàn)代化的多媒體指揮系統(tǒng)。

3 LTE230系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 溫度監(jiān)測(cè)

將無源溫度傳感器安裝于開關(guān)柜、變壓器、變電站內(nèi)的觸頭和接點(diǎn)上并緊密接觸，在距離傳感器2m之內(nèi)的位置安裝無線讀寫裝置的天線以獲取傳感器回傳的信息，讀寫裝置再通過LTE230無線通信終端將信息傳送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜、變壓器、變電站內(nèi)的觸點(diǎn)和接點(diǎn)溫升的在線監(jiān)測(cè)，以達(dá)到對(duì)配用電網(wǎng)故障事前預(yù)警的目的，輔助管理和平衡電力負(fù)荷，從而確保供電的安全穩(wěn)定。

3.2 應(yīng)急通信保障

LTE230應(yīng)急通信保障及會(huì)議電視系統(tǒng)由調(diào)度臺(tái)、視音頻系統(tǒng)、LTE230網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度服務(wù)器、車載式通信終端、適合野外作業(yè)的特種智能通信終端、專用通信終端、通用智能通信終端以及用以承載以上部分系統(tǒng)的車輛構(gòu)成。

系統(tǒng)承載車輛可以利用現(xiàn)有工程車輛實(shí)現(xiàn)，將車載終端安裝在工程車輛適當(dāng)位置，供電采用車上直流12V電源。LTE230天線和wifiAP（Wireless Access Point，無線訪問接入點(diǎn)）天線應(yīng)用時(shí)最好放置在工程車輛的車頂，這樣接收信號(hào)和信號(hào)覆蓋會(huì)好些。長島是由多個(gè)獨(dú)立的海島組成，應(yīng)保證每個(gè)海島具有一輛簡易的應(yīng)急保障車輛，以方便工程搶修和項(xiàng)目施工時(shí)做內(nèi)部通信保障應(yīng)用。

（1）語音調(diào)度

系統(tǒng)支持組呼、廣播、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、動(dòng)態(tài)重組等一系列傳統(tǒng)調(diào)度業(yè)務(wù)。系統(tǒng)具備優(yōu)異的集群性能指標(biāo)，在語音調(diào)度的功能和性能方面均不遜色于傳統(tǒng)數(shù)字集群系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)度和視頻調(diào)度的綜合應(yīng)用能夠大大拓寬調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提高效率。應(yīng)急指揮智能調(diào)度系統(tǒng)支持混合組網(wǎng)，可以融合已有的通信系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還具有錄音、錄像、監(jiān)聽、公告、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程控制功能。

（2）視頻調(diào)度

視頻調(diào)度系統(tǒng)通過將各種語音、視頻通信設(shè)備、視頻會(huì)議等應(yīng)用高效地融合在一起，進(jìn)行統(tǒng)一接入、分類和管理，匯聚在一起后最終在大屏上統(tǒng)一顯示，可方便指揮員全方位地了解現(xiàn)場情況，更加高效地對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行指揮。

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程移動(dòng)單兵音視頻回傳、視頻監(jiān)控自動(dòng)診斷、有線/無線語音指揮、音視頻聯(lián)動(dòng)指揮等多媒體指揮業(yè)務(wù)，同時(shí)還能把電力視頻防盜、辦公大樓安防系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)搭建好的視頻信息進(jìn)行管理和調(diào)用。系統(tǒng)終端能夠主動(dòng)上傳視頻，并可主動(dòng)調(diào)看其他移動(dòng)或固定終端實(shí)時(shí)視頻，支持視頻主動(dòng)獲取及視頻遠(yuǎn)程調(diào)閱的工作方式。

（3）電力GIS/GPS

電力GIS是運(yùn)用現(xiàn)代化的信息管理系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的生產(chǎn)管理相結(jié)合，通過該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)跟蹤電力設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息、生產(chǎn)管理和電力技術(shù)信息。GIS具有開放性的環(huán)境，能支持多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過GIS可以將地理環(huán)境與周邊自然環(huán)境集中于統(tǒng)一系統(tǒng)中，通過該系統(tǒng)查詢有關(guān)數(shù)據(jù)和技術(shù)資料。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)具有通信能力的人員及車輛的定位和調(diào)度能力，系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)單兵系統(tǒng)、機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信車系統(tǒng)等具備GPS定位信息的通信終端的定位查詢。可以在GIS地圖上直接對(duì)各通信單元進(jìn)行通信調(diào)度操作，實(shí)現(xiàn)圈選、點(diǎn)擊、分組實(shí)時(shí)通信和調(diào)度操作，提高系統(tǒng)的互動(dòng)性和快速的指揮部署能力。

3.3 海底電纜監(jiān)測(cè)

（1）維護(hù)海底電纜

海底電纜監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)過往船只不能在有海底電纜的海域駐留、作業(yè)等，一旦出現(xiàn)，系統(tǒng)要及時(shí)給予告警，以便及時(shí)驅(qū)離駐留、作業(yè)的船只，從而避免過往船只無意損壞海底電纜的情況。

監(jiān)測(cè)海上船只目前最有效的方案是采用雷達(dá)技術(shù)，利用X波段雷達(dá)可以全天候監(jiān)測(cè)半徑30公里海域內(nèi)的所有過往船只的航速、位置、大小等信息。為達(dá)到更好的監(jiān)測(cè)效果，可以采用雷達(dá)監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方案。當(dāng)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)告警船只時(shí)，可以觸發(fā)攝像機(jī)遠(yuǎn)控詳細(xì)跟蹤觀察海域內(nèi)的船只并記錄存儲(chǔ)。

（2）海底光纜實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)

為保證電力通信網(wǎng)的安全，需要更為可靠的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，它是確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)手段。在光纜網(wǎng)劣化遇到險(xiǎn)情時(shí)，RFTS（Remote Fiber Testing System，光纜網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)）可以進(jìn)行險(xiǎn)情預(yù)警和定位，從而大幅度增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的防毀能力，降低光纜阻斷的發(fā)生率，這將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)建設(shè)電力系統(tǒng)堅(jiān)強(qiáng)通信網(wǎng)工作，尤其是對(duì)光通信專業(yè)管理智能化工作具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該系統(tǒng)主要是對(duì)光纜接頭事件點(diǎn)、光纜段、光纖鏈路以及光纜網(wǎng)不同層次進(jìn)行預(yù)警分析，通過自動(dòng)方式啟動(dòng)OTDR（Optical Time Domain Reflectometer，光時(shí)域反射儀）對(duì)指定光纖進(jìn)行測(cè)試，獲取光纜測(cè)試數(shù)據(jù)，即沿光纜數(shù)萬個(gè)均勻分布點(diǎn)的散射和反射功率電平值，所有取樣點(diǎn)的連線構(gòu)成了該光纖鏈路的OTDR曲線，光纖連接器、斷裂、終點(diǎn)會(huì)引起光的反射，形成向上突變的反射事件；光纖的彎曲、熔接會(huì)增加光纖的衰耗，引起向下的突變，形成非反射事件。通過數(shù)據(jù)分析找到曲線的突變點(diǎn)，確定光纖頭端、尾端、接頭、熔接等光纖事件點(diǎn)。系統(tǒng)通過自動(dòng)參考數(shù)據(jù)比對(duì)，分析事件點(diǎn)、光纜段、光纖鏈路衰耗數(shù)據(jù)的變化，將復(fù)雜的分析過程變得十分簡單。通過邏輯拓?fù)涑尸F(xiàn)方式，確定光纜的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)變化超過預(yù)警門限時(shí)發(fā)出直觀的預(yù)警信息。

3.4 移動(dòng)辦公和電視會(huì)議

移動(dòng)辦公是在有LTE230網(wǎng)絡(luò)覆蓋的條件下，利用LTE230 CPE（Customer Premise Equipment，客戶終端設(shè)備）+wifiAP構(gòu)成的通信終端，實(shí)現(xiàn)支持Wi-Fi的Pad（Portable android device，平板電腦）接入電力通信內(nèi)網(wǎng)。但要將Pad改造為只能通過wifiAP+LTE230 CPE訪問接入，而不能再通過Wi-Fi訪問接入任何其他網(wǎng)絡(luò)，這樣能夠快速解決突發(fā)狀況，大大提高了辦公效率和辦公自動(dòng)化能力。

此外，由于長島是由多個(gè)獨(dú)立的島嶼組成，相互間交通只有靠船只，而船只受環(huán)境的影響較大，風(fēng)力大時(shí)船只就停航，這使得長島電力公司內(nèi)部召開會(huì)議、工作部署等成為難事，因此有必要在長島電力公司內(nèi)部應(yīng)用電視會(huì)議系統(tǒng)。由于電視會(huì)議具有高性能語音識(shí)別、數(shù)據(jù)協(xié)同功能和會(huì)議控制功能等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了長島同步會(huì)議，有利于交流，統(tǒng)一部署控制。

4 LTE230系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

長島是由多個(gè)小島組成的海島環(huán)境，道路交通不是很方便，建設(shè)有線電纜會(huì)大大增加成本費(fèi)用，而無線公網(wǎng)覆蓋率還遠(yuǎn)達(dá)不到用戶需求，且安全性和可靠性也無法保證。因此，在長島建設(shè)LTE230無線專網(wǎng)既能節(jié)省成本，又能在很大程度上改善長島的通信狀況。

簡潔綜合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，通過溫度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)在線排查基站配用電故障，確保配用電安全，應(yīng)急通信保障通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，加上良好的視頻和語音調(diào)度，提高工作效率，統(tǒng)一部署。擁有移動(dòng)辦公和電視會(huì)議等業(yè)務(wù)應(yīng)用，充分補(bǔ)充了應(yīng)急系統(tǒng)處置能力和統(tǒng)一調(diào)度規(guī)劃能力，實(shí)現(xiàn)了長島的廣泛覆蓋。

此外，LTE230系統(tǒng)的低成本、專有的230MHz頻率資源，提高了無線專網(wǎng)的利用效率。在用戶體驗(yàn)方面，擁有大容量接入技術(shù)，能同時(shí)容納大量用戶實(shí)時(shí)在線，并且擁有良好的通信條件；在用戶信息采集方面，傳統(tǒng)的抄表業(yè)務(wù)抄收成功率不高、可靠性不強(qiáng)、花費(fèi)成本大、用戶信息安全難以保障，而LTE230系統(tǒng)只需一個(gè)電力終端系統(tǒng)就能完美收集數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

本文通過介紹LTE230系統(tǒng)在山東長島的應(yīng)用，體現(xiàn)了該系統(tǒng)的靈活性和可靠性，可以在不同的復(fù)雜地理環(huán)境下，結(jié)合LTE230系統(tǒng)的特點(diǎn)推出多種應(yīng)用方案，達(dá)到了智能電網(wǎng)的要求。LTE230系統(tǒng)在智能配電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了用電信息的采集、配用電自動(dòng)化、圖像及視頻傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，提高了電力無線通信專網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)能力和應(yīng)用前景，同時(shí)提升了電網(wǎng)的互動(dòng)化水平，為國家電網(wǎng)推廣堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)提供了可靠依據(jù)。

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