基于LTE230的電力無(wú)線專網(wǎng)

孔為為+魏星琦+于佳倩

摘 要 本文基于智能電網(wǎng)對(duì)信號(hào)覆蓋區(qū)域強(qiáng)度的各類需求及所存業(yè)務(wù)特性，探討了運(yùn)用LTE技術(shù)的無(wú)線專網(wǎng)方案。此方案有效應(yīng)用了公用頻段與230MHz電力專用頻段，互為補(bǔ)充，將LTE系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，相比于TDD系統(tǒng)，能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供的覆蓋范圍更大，另外還提供有FDD支持對(duì)稱業(yè)務(wù)，能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的可靠性與安全性提供保障。規(guī)避系統(tǒng)之間的互相干擾。

【關(guān)鍵詞】LTE230 電力無(wú)線專網(wǎng) 智能電網(wǎng)

4G長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)作為今后將會(huì)被廣泛應(yīng)用到電力無(wú)線專網(wǎng)建網(wǎng)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)，其具有兩種傳輸制式，即頻分雙工（FDD）與時(shí)分雙工（TDD），分別與FDD-LTE、TD-LTE無(wú)線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)多對(duì)TD-LTE制式的應(yīng)用開(kāi)展研究，然而，此制式應(yīng)用于電力無(wú)線專網(wǎng)中存在著諸多問(wèn)題。

1 電力專網(wǎng)構(gòu)架

電力專網(wǎng)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的差異，劃分為三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層，即電力廣域網(wǎng)（WAN）、局域網(wǎng)（LAN）及家庭域網(wǎng)（HAN）。對(duì)于廣域網(wǎng)而言，主要包含有測(cè)量功能與廣域控制、保護(hù)；而對(duì)于局域網(wǎng)，則進(jìn)行智能測(cè)量，如電價(jià)變更、軟硬件設(shè)施升級(jí)、分布自動(dòng)化、測(cè)量數(shù)據(jù)讀取及需求響應(yīng)等信息的雙向傳輸，此網(wǎng)絡(luò)層與電力專網(wǎng)當(dāng)中的各功能模塊均有涉及，需要將無(wú)線通信與有線通信方式相結(jié)合，以此來(lái)最大化獲取成本效益；對(duì)于家庭域網(wǎng)而言，其主要涉及到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等，需升級(jí)智能終端。因電力局域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)中所涉及的電力輸配電核心功能的實(shí)現(xiàn)，所以上述兩網(wǎng)絡(luò)層當(dāng)中的通信方案設(shè)計(jì)，已成為對(duì)電力專網(wǎng)開(kāi)展研究的重點(diǎn)。

2 無(wú)線專網(wǎng)通信技術(shù)分析

2.1 230MHz頻段專網(wǎng)

對(duì)于230MHz專用終端，其所運(yùn)用的是230MHz專用信道通信，此信道具有多種優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)運(yùn)行費(fèi)用、安全性高、保密性好及實(shí)時(shí)性突出等，不僅是具備控制功能的終端設(shè)備的關(guān)鍵通信信道，而且還是整個(gè)電力系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)絡(luò)資源。針對(duì)230MHz無(wú)線專網(wǎng)而言，其專用頻點(diǎn)比較常用的是10個(gè)半雙工頻點(diǎn)與15對(duì)雙工頻點(diǎn)，頻譜區(qū)間為233.024Hz～235.000MHz。除了承載有用電采集信息的業(yè)務(wù)，而且還有配電自動(dòng)化的業(yè)務(wù)。230MHz信道組網(wǎng)方式有兩種劃分，即自組網(wǎng)微蜂窩與宏蜂窩，對(duì)于宏蜂窩組網(wǎng)而言，其乃是當(dāng)前最為常用的組網(wǎng)方式。針對(duì)單個(gè)宏蜂窩基站來(lái)講，其發(fā)射功率25W，具有廣闊的覆蓋半徑，通常達(dá)4萬(wàn)米，對(duì)于大中型專變用戶終端相應(yīng)用電信息采集與負(fù)荷監(jiān)控較為多用。而對(duì)于自組網(wǎng)微蜂窩而言，其運(yùn)用的是3W的小功率電臺(tái)，不僅克服了通信網(wǎng)維護(hù)技術(shù)要求高的缺點(diǎn)，而且還降低了組網(wǎng)成本，盡管其具有較小的信號(hào)覆蓋范圍，但其囊括了GPRS等通信組網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)，不僅組網(wǎng)靈活，而且還安裝方便。兩種組網(wǎng)方式優(yōu)劣均沾，在實(shí)際應(yīng)用中，可結(jié)合實(shí)際需求，酌情進(jìn)行選擇。

2.2 LTE技術(shù)

LTE乃為3GPP組織所制定，即為UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)性演進(jìn)，乃是一種將OFDM/FDMA為其核心架構(gòu)的4G技術(shù)，同時(shí)也是進(jìn)行電力無(wú)線專網(wǎng)組網(wǎng)操作中最為常用且關(guān)鍵的技術(shù)類型，其運(yùn)用扁平化網(wǎng)絡(luò)、多天線技術(shù)（MIMO）及正交頻分系統(tǒng)（OFDM）。OFDM技術(shù)所具有的信號(hào)調(diào)制方式以及上下行多址接入方式，不僅可實(shí)現(xiàn)頻域調(diào)度與自適應(yīng)，而且還具有較強(qiáng)的帶寬擴(kuò)展性與較高的頻譜效率，能夠?qū)o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的自干擾予以消除，還能靈活分配資源。MIMO技術(shù)能夠分解用戶數(shù)據(jù)，設(shè)置呈現(xiàn)為多個(gè)處于并行狀態(tài)的數(shù)據(jù)流，在特定的帶寬內(nèi)，由多個(gè)發(fā)射天線同發(fā)，當(dāng)所發(fā)射的信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道后，便會(huì)被多個(gè)天線實(shí)時(shí)接收，最終便成為源數(shù)據(jù)流。對(duì)于LTE內(nèi)置的E-UTRAN接入網(wǎng)而言，其由E-NO-DEB網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為全I(xiàn)P扁平化，在eNB中有多個(gè)功能模塊集成，可對(duì)多個(gè)小區(qū)進(jìn)行同時(shí)管理，對(duì)用戶體驗(yàn)予以改善，不僅減少了系統(tǒng)復(fù)雜度，而且還使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)減少，使系統(tǒng)時(shí)延得以減少，另外，還降低了維護(hù)成本與網(wǎng)絡(luò)部署成本。

2.3 FDD-LTE230技術(shù)

LTE標(biāo)準(zhǔn)能夠支持兩種模式，即時(shí)分雙工（TD-LTE）與頻分雙工（FDD-LTE）。所謂頻分雙工實(shí)際就是在兩個(gè)方向上，運(yùn)用差異頻率，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同時(shí)發(fā)射的雙工方式；所謂時(shí)分雙工實(shí)際就是基于兩個(gè)方向，使用不相同的時(shí)間，但所使用頻率相同，以此來(lái)發(fā)送信號(hào)的雙工方式。

由于電力專用230MHz頻段僅為處于離散狀態(tài)的10個(gè)單頻頻點(diǎn)與15對(duì)雙頻頻點(diǎn)，并且寬帶為25kHz，為了與FDD-LTE蜂窩組網(wǎng)要求相滿足，現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，可與公用頻段的上下行鏈路733～2170MHz部分頻段相結(jié)合，還可與230MHz電力專用頻段相結(jié)合，促使兩者互為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)。本文所運(yùn)用的FDD-LTE技術(shù)，能夠?qū)Υ蠓秶貐^(qū)予以覆蓋，以此來(lái)承載增值業(yè)務(wù)，對(duì)于智能電網(wǎng)當(dāng)中的業(yè)務(wù)對(duì)信號(hào)覆蓋區(qū)域廣度相應(yīng)需求，能夠及時(shí)給予滿足，包含智能電網(wǎng)各類基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)，如移動(dòng)資產(chǎn)可視化管理、用電信息采集、配網(wǎng)自動(dòng)化、應(yīng)急搶修及負(fù)荷管理等。

電力無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)FDD-LTE230，通過(guò)將公網(wǎng)頻段混合組網(wǎng)與電力專網(wǎng)頻段充分結(jié)合與運(yùn)用，使FDD-LTE230得技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，為智能電網(wǎng)提供更高的可靠性與安全性，提供更加廣闊的覆蓋面積。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于LTE230技術(shù)，提出了一種新型的電力無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)，即FDD-LTE230，通過(guò)對(duì)公用無(wú)線通信頻段混合組玩與230MHz電力專網(wǎng)頻段的有效應(yīng)用，充分發(fā)揮出LTE230技術(shù)所具有的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。伴隨終端數(shù)量的日漸增加以及多種電力業(yè)務(wù)的廣泛開(kāi)展，規(guī)模化、智能化及多樣化的智能電網(wǎng)建設(shè)，將會(huì)變得更為廣泛與深入，至此，LTE230及FDD-LTE230技術(shù)也將在此潮流中，得到廣泛性應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

1.南京南瑞集團(tuán)公司信息通信技術(shù)分公司 江蘇省南京市 210000

2.國(guó)網(wǎng)淮安供電公司 江蘇省淮安市 223001

3.南京大學(xué) 江蘇省南京市 210000