基于無線TD-LTE技術的配電通信網絡綜合業務應用解決方案

孫敏

（國網福州供電公司福州電業信息科技有限公司 350001）

基于無線TD-LTE技術的配電通信網絡綜合業務應用解決方案

孫敏

（國網福州供電公司福州電業信息科技有限公司 350001）

引入采用TDD技術的LTE第四代無線寬帶通信系統，建設基于1.8G頻段的TD-LTE電力無線寬帶通信接入網實現對試點區域無線覆蓋，避免因條件所限的光纜建設、租用通信資源的大量資金投入，以滿足配網自動化等綜合通信業務需求，滿足電網通信專網專用的要求。

TD-LTE；配電通信網絡；OFDM；MIMO；解決方案

1 項目背景

配電網分布式結構的限制——網絡復雜，通信點多、通信設備工作環境差等特點，面向用戶側乃至最后一公里的通信網絡資源卻極其匱乏，已成為電網建設的瓶頸，光纖布放難度大，覆蓋無法到達，無法大面積提供覆蓋，導致實現電網與電網，電網與用戶之間的互動比較困難。因此單一的光纖通信方式已經不能滿足配電側業務全覆蓋、全采集、全費控的需求，需要開展以光纖通信為主、無線通信為輔相結合的復合通信網絡建設與應用嘗試，以更好的開展配網自動化等業務。

2 項目目標

本項目將采用TDD技術的LTE第四代無線寬帶通信系統，建設基于1.8G頻段的TD-LTE電力無線寬帶通信接入網，實現對試點區域無線覆蓋，避免因條件所限的光纜建設、租用通信資源的大量資金投入，以滿足配網自動化等綜合通信業務需求，滿足電網通信專網專用的要求。

3 TD-LTE總體描述

3.1 TD-LTE系統架構

相對2G、3G無線通信網絡的網絡架構，TD-LTE取消了RNC單元，同時采用全IP的扁平化架構：

（1）eNodeB與EPC通過S1接口連接；

（2）eNodeB之間通過X2接口連接；

（3）eNodeB與UE之間通過Uu接口連接。

3.2 系統性能

（1）通信速率高，TD-LTE實現了峰值速率的顯著提高。

（2）頻譜效率高。

（3）具有較好移動性。

（4）覆蓋范圍廣。

（5）延遲小。

（6）兼容性好。

（7）架構簡單，服務質量高。

3.3 關鍵技術

TD-LTE在目前3G標準的基礎上，提出了新的空中接口和無線網絡架構，以進一步提高用戶傳輸速率、系統帶寬和覆蓋范圍，同時降低時延和運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，并全面支持MIMO，可以在20MHz帶寬的頻率上實現下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率。

4 電力TD-LTE無線寬帶網絡解決方案

電力通信網絡采用分層的架構，主要由骨干核心層與接入層網絡構成。骨干核心層又可分為傳輸網及城域核心網，主要覆蓋發電、輸電、變電等環節。接入層網絡是各地供電公司骨干通信網的延伸，主要覆蓋配電及用電環節。網絡范圍以各地供電公司骨干通信網的相關變電站為通信接入點，同時向下逐漸覆蓋到配電網開關站、配電室、環網柜、柱上開關、公用配電變壓器、線路等以及網內轉變變壓器、工商業及居民用戶表、智能交互終端、電動汽車充電站和分布式能源站點，最終將深入到用戶家庭內的智能家電等相關設備（如圖1）。

圖1 電力通信網絡架構

針對目前需要解決“最后一公里”接入的需求，亟需建立一個實用、可靠、實時、覆蓋面廣、靈活性好的無線接入平臺，能同時解決輸電、配電、用電等多個環節的通信需要。

4.1 配電自動化TD-LTE解決方案

配電自動化是智能電網的重要基礎之一。智能電網的投資構成上，配網自動化將占40%左右，是智能電網投資的重中之重。我國配網自動化處于初級階段：配網自動化在我國處在起步階段，國內城市配網饋線自動化率不足10%，目前國外配網自動化的比例達到60～70%，國內仍剛剛開始試點。

考慮到當前在福州電網的配網自動化系統中，眾多的配變、用戶變、箱變、開閉所、配電變壓器、柱上開關等電氣設備地域分布廣、種類多、運行狀態復雜、自然條件惡劣，對大量的RTU、FTU、DTU、TTU等終端計量點進行覆蓋的通信接入手段嚴重不足，建議采用TD-LTE無線寬帶網絡接入這些設備，提高配電自動化能力。

圖2 配電自動化TD-LTE解決方案

RTU、FTU、DTU、TTU等終端計量點可以通過RS232/RS485/FE連接到CPE設備上，通過TD-LTE網絡進行數據承載，完成和配電自動化系統的互聯互通。

4.2 電力TD-LTE無線寬帶網絡建設方案

4.2.1 建設方案簡介

無線數據專網采用TD-LTE作為無線傳輸網絡，TD-LTE的基站eNB將通過有線專網的光纖鏈路就近接入專網匯聚節點（PE節點），和核心機房EPC進行互聯互通，項目建設的整體拓撲圖如圖3所示。

圖3 TD-LTE試點網絡拓撲圖

（1）EPC核心層配置1套核心網系統，設置在通信機房，主要完成用戶數據的傳輸、系統接入控制、移動性管理等功能；

（2）承載層則充分利用現有的MSTP傳輸網絡（或IP網絡）實現；

（3）無線接入層建設1套基于1.8GHz頻段的TD-LTE無線基站，每個站點三個扇區，每個扇區采用8通道天線；

（4）無線接入層各基站通過承載網采用GE接口就近高速接入對應變電站（或分局）MSTP設備（或IP設備），通過承載網（MSTP/IP）與EPC核心層進行互聯互通。

本期無線網使用1785～1805MHz中的5MHz連續可用帶寬，采用同頻組網方式進行組網。

4.2.2 建設目標

本期無線網的覆蓋質量滿足以下指標的要求：

（1）覆蓋區內無線可通率應滿足覆蓋區內的終端在90%的位置和99%的時間可以接入網絡，而無線覆蓋區邊緣的通信概率應大于85%；

（2）要求在覆蓋區域內，TD-LTE無線網絡覆蓋率應滿足RSRP＞-105dBm的概率大于95%；

（3）在不高于10m/s的中低速率移動場景下，覆蓋區域內用戶處于小區邊緣時能提供上行不低于512Kbps的數據傳輸能力；

（4）基站設備工作在1.8GHz頻段時，基站系統單天線最大發射功率不少于12W，天線增益為17dBi±1，并支持以1dB的粒度進行發射功率調整；

（5）基站應支持三扇區配置，每扇區支持120°覆蓋；

（6）基站系統應支持靈活的上下行比例配置；

（7）基站的接收靈敏度應優于-105dBm；

（8）在5MHz工作帶寬下基站單扇區應支持300個以上激活用戶，200個以上在線用戶；

（9）在5MHz工作帶寬，上下行峰值吞吐量應大于10Mbs以上，單終端的上下行峰值吞吐量達到2Mbps以上；

（10）基站單小區滿足覆蓋半徑為2KM。

本期核心網絡滿足以下指標要求：

提供10萬用戶、20萬EPS承載和3Gbps吞吐量高性能處理。

5 總結

TD-LTE網絡建設已成功試點應用于2012年福州地區配電自動化項目中，項目在福州地區總機房設置一個無線TD-LTE網核心網主站（包含服務器、路由器、交換機、工作站及網管軟件等設備）。根據試點區域中的10個配電設施所處的地理位置，通過各種技術手段，使用基站調試和干擾分析測量儀器，測試選擇一個適合安裝基站的位置，分別安裝一臺CPE（站房無線通信終端）。具體詳見拓撲圖如圖4。

圖4

總之，本項目的研究實施不僅能夠實現配用電通信的應用創新突破，促進配用電通信及相關產業鏈的形成，而且能夠為智能電網配用電通信網整體解決方案提供LTE寬帶無線應用支持，最終為智能電網配用電側建設提供經濟、實用、可靠的一體化電力專網信息通信平臺。

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1004-7344（2016）05-0285-02

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