基于頻譜共享關鍵技術的230MHz電力無線網分析

◆梁倩云 陳少磊

基于頻譜共享關鍵技術的230MHz電力無線網分析

◆梁倩云1陳少磊2

（1.國網四川省電力公司遂寧供電公司 四川 629000；2.國網四川省電力公司 四川 610041）

想要確保電力監控系統能夠可靠且安全的運行，就要對電力無線專用網230MHz實施分析研究。對于電力無線而言，其專用網230MHz段的頻譜效率通常較低，只能實施較低速率的傳輸，這就會對電網新業務實現智能化發展造成不利影響。為使電網實現智能化，本文提出頻譜共享的算法，該算法主要是用OFDM與功率分配技術，對頻譜的效率進行提高，從而使系統容量實現有效提高。

頻譜共享關鍵技術；230MHz；電力無線網

隨著社會經濟的逐漸發展，電網規模逐漸發展壯大，新業務的發展對通信的質量及速率提出不同的要求，這就對傳輸帶寬提出了不同的需求。想要使質量、速率滿足各項新業務的要求，就需要較高的頻譜效率，且需具備對帶寬進行靈活分配的技術。就認知無線網（Cognitive Radio，CR）的頻譜共享而言，其作為可以對頻譜稀缺現象實施有效解決的一種技術，主要目標就是使頻譜的利用率實現最大化，并使使共享用戶間的公平性得到兼顧。目前，以CR為基礎的頻譜共享主要是對頻譜共享池（Spectrum Pooling）實施研究，其思想主要是將分配給不同業務的部分頻譜合成公共頻譜池，然后把頻譜池劃成若干子信道[1]。所以，信道屬于頻譜進行分配的最基本單位，頻譜實施共享產生的問題能夠轉化成信道分配的問題，其不僅將信道的使用率最大化作為目標，而且還可以實現公平的接入以及最小的干擾。

電力無線專網作為電網實現智能化的保障，其230 MHz段為國家專門劃分給水力、電力、地質等各行業專用的頻譜資源。目前，電力230 MHz段傳輸只具有較低的傳輸速率，想要使智能電網實現有效發展，就需要對230 MHz段頻率的利用率進行提高，以此承載質量及效率更高的業務[2]。正交頻分復用（OFDM）技術通常可以使頻譜的效率得到有效提高，并擴展系統容量，且還具有抗干擾的效果，屬于良好的物理層的一項技術。本文主要以OFDM及功率的分配技術傳輸方案，對230 MHz段的頻譜效率進行提高。

1 電力專網通信與業務需求

我國的首個TD-LTE 230 MHz電力無線寬帶通信系統建設在浙江的海鹽，其使智能電網配電的信息傳輸獲得專門的信號通道，并使智能電網的通信技術得到有效突破。無線電網的國家管理委員會規劃，電力的專網需離散分布在223 MHz~235 MHz段范圍內，包含頻點40個，且各離散頻點的帶寬均為25 kHz。其中，單頻頻段通常包含頻點10個，且離散呈不均勻分布在228 MHz~230 MHz頻段，各頻道的間隔分別為25 kHz；對于雙頻組而言，其頻段共有頻點30個，離散呈不等間隔分布在230 MHz~235 MHz頻段以及223 MHz~228 MHz頻段，收發頻率的間隔是7 MHz，頻道的間隔為25 kHz[3]。目前，傳統化的單頻點信道僅能支撐速率較低的數據傳輸。但是，隨著社會、經濟的進一步發展，電力系統對相關設備的維護及監控提出更多的需求，面對這種狀況，電力通信的專網能夠支撐視頻、圖像等較高速率的業務，因此，電力通信的專網需提供顯著的數據傳輸效率。因此，想要使230 MHz頻譜資源實現更有效利用，就需要對頻段的頻譜效率及傳輸速率進行有效提升。

2 電力專網OFDM方案的設計

在對OFDM系統設計實施的過程中，需對各系統的要求進行折中考慮，這些要求通常是互相矛盾的。對三個較主要系統的參數需要考慮：業務的傳輸速率、系統的寬帶W、多徑時延的拓展。工信部無線電管理局對230 MHz段實施規劃，子載波的間隔為25 kHz，其中，電力通信的專網頻點共40個，也就是40個子信道，1 MHz帶寬[4]。所以，通過電力通信的專網時，OFDM信號的寬帶W為1 MHz。OFDM信號的子載波之間需符合正交的條件，對于230 MHz電力通信的專網而言，由于其屬于離散分布，會造成OFDM信號的子載波之間產生不連續狀況，并對其設計造成相應的難度。想要確保正交性，本文所設計的子載波間隔Δf是25 kHz，這樣雖然確保子載波的離散分布，但也只能確保兩個子載波之間相差為整數倍的Δf，從而確保子載波之間的正交性，并確保各子載波寬帶為25 kHz，且不能超過信道寬帶。

3 頻譜共享下的功率分配

想要使系統容量有效提高，頻譜共享可以通過貪心算法實現新型功率分配。對于時變特性而言，由于其無線信道通常對不同頻率具有不一樣的衰落特性，也就是頻率的選擇性衰落。根據該特性，本文以電力專用的1 MHz段，通過注水功率的分配算法對系統容量進行擴展，實曲線通常表示為信道帶寬內部的不同頻率所對應的信噪比的倒數，信道容量實現最大化的方式類似于將水（陰影部分，即Pav）倒入到實曲線表示的碗中，就能夠使 P（f）實現信道容量的最大化，這就是所謂的注水功率分配法。

4 結束語

綜上所述，為使智能電網有效滿足業務需求，本文提出了認知無線電中的OFDM傳輸形式，根據230 MHz 電力運用的頻譜特征，對OFDM參數實施分析及設計。通過對頻譜共享的算法運用，可以使頻譜效率得到有效提高，從而使230 MHz 頻譜實現良好的規劃，并促使智能電網實現有效發展。

[1]張亦弛，張暉.230MHz電力無線專網天線掛高與覆蓋效果的研究[J].數字通信世界，2019（01）：120-121+274.

[2]潘博，唐星，齊世強.LTE230MHz電力無線專網KQI指標優化研究[J].信息通信，2018（07）：184-187.