LTE在電力系統中的應用技術研究

張維

摘要：本文提出了一種將LTE應用于電力授權頻段的系統設計，該系統只需在LTE系統的收發端，加入一個有效的數據轉換模塊，而不修改LTE任何收發端裝置就可以完成數據的收發轉換。從而有效的將LTE系統的機制應用于電力系統。

關鍵詞：LTE;電力系統;OFDM

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0019-02

0 引言

隨著LTE技術應用范圍拓展，非標準帶寬的應用場景越來越多，而LTE的無線寬帶通信系統大多工作在1800MHz等高頻段，雖然數據傳輸能力較強，但單站的覆蓋能力方面較弱，建網和運維成本很高，且都基于通用標準設計，與非標準帶寬的應用業務的結合能力一般。如果將LTE系統運用在非標準帶寬的授權頻段，既具備廣覆蓋優勢，又具備寬帶傳輸能力，是非標準帶寬應用通信體制的較好選擇。

現有技術中[1]-[2]，將LTE系統運用到非標準帶寬的應用場景中不僅需要改變現有LTE系統的收發機制，還需對終端的收發機制進行改造，因此，增加了LTE技術運用到非標準帶寬的應用成本。

本文提出了一種將LTE應用于電力授權頻段的系統設計，該系統只需在LTE系統的收發端，加入一個有效的數據轉換模塊，而不修改LTE任何收發端裝置就可以完成數據的收發轉換。從而有效的將LTE系統的機制應用于電力系統。

1 系統框架及設計

為了遵從盡量不修改LTE系統的原則，分別在LTE發射端增加了一個LTE到電力授權頻段的時頻轉換模塊，相應的在接收端增加一個電力授權頻段到LTE的轉換模塊。而LTE發送端與接收端適當或者不做修改。如圖1所示。

系統包括LTE發送模塊，電力系統數據轉換發送模塊，OFDA符號生成模塊，FFT轉換模塊，電力系統信道估計和均衡模塊，電力系統數據接收轉換模塊，LTE接收模塊。下面主要對時頻資源集OFDM符號設計進行描述。

1.1 電力系統時頻資源設計

電力系統專用230MHz頻段的頻譜離散分布在民用短波頻段上，呈無規則、梳狀結構，每個離散的頻點帶寬為25kHz，總共40個頻點。40個頻點集中分布在三個頻段上，223.525-224.650（1.15MHz），228.075-228.750（0.7 MHz），230.525-231.650（1.15MHz）[3]，如果直接將LTE系統的數據轉換到電力系統轉換模塊，其所傳輸的數據量遠遠不能滿足系統需求。

為了滿足電力系統轉換模塊能夠適應不同帶寬的LTE系統，首先通過變頻的方式，將三個頻段的數據集中在一個頻段內。根據LTE所選擇的不同數據帶寬，將離散電力系統的每個離散頻點分割為N個帶寬為25kHz/N的子載波，形成一個載波大小為Q，符號數為F的一個離散OFDM系統。相應的，根據所得到的系統大小，在空口自適應的選擇對應的數據傳輸采樣率。從而滿足在LTE系統一個子幀的時間內（1ms）能夠完成對所有數據的傳輸。

其次，由于LTE與電力系統的結構有所不同，在通過無線通信信道后，其對應子載波的數據所受到的影響不同，為了保證接收數據能夠正確解碼，在電力轉換模塊中，加入電力系統參考信號。對于參考信號的設計，仿真中發現，在資源映射階段，如果將LTE的時頻資源按照每個符號逐個映射到電力授權頻段的資源上，過信道后，由于多徑影響在不同子載波會呈現不同衰落，特別地，電力系統不是連續系統，其衰落變化更大。會影響信號處理結果，如圖2所示。

為此，在LTE到電力系統資源映射時，首先保證CRS的映射盡量均勻的分布在電力系統上。特別地，將其均勻的分布到三個簇上。盡量獲取多的子載波的信道信息。并盡量保證其他信息的相對位置與LTE的系統保證一致。否則會存在子載波均衡時，所使用的信道估計與實際位置錯開的情況，從而導致最終解碼錯誤。具體做法為，將40個子載波三個頻段間，兩兩間隔1MHz，剩余的分別在40頻點前后各保留0.7 MHz。

最后，按照LTE系統到電力系統轉換模塊的數據映射格式，將LTE系統的數據映射的電力系統的轉換模塊當中。其數據格式映射格式包含，LTE主同步信號（PSS）映射到電力系統的第2個符號上。LTE輔同步信號（SSS）映射到電力系統的符號第10個符號上。LTE廣播信道（PBCH），分別映射到電力系統的4，5，6，7符號前可用1-72個子載波上發送。LTE數據信道數據映射到電力系統除其他信道以外的剩余RE上。按照先子載波再符號的映射方式。

1.2 電力系統 OFDM符號設計

電力系統中，我們規定1ms中發送11個OFDM符號。其采樣率為6.4MHzps，及每個符號的采樣點為582（符號1-10）與580（符號11），而數據FFT點數為512，則設計的CP長度為70與68點（10us），如圖3所示。

2 實現過程

通過以上設計，我們給出了具體的相關實現流程，如下所示。

（1）按照LTE系統發射端機制，產生LTE發送數據。如，生成一個LTE 5M基帶數據，電力系統數據轉換發送模塊;

（2）根據5M系統的時頻大小。確定電力系統轉換模塊子載波帶寬25kHz/N，設定對應的系統的子載波大小Q以及符號數F，形成一個大小為Q*F的離散OFDM系統;

（3）在電力系統轉換模塊中，加入專有參考信號;

（4）按照LTE系統到電力系統轉換模塊的數據映射格式，LTE系統的數據映射的電力系統的轉換模塊當中。電力系統數據接收轉換模塊;

（5）在接收端，提取電力系統轉換接收模塊中參考信號信息;

（6）將數據輸入到電力系統轉換接收模塊中的信道估計與均衡模塊中，進行信道估計與均衡計算。得到一個純凈的信號;

（7）將該部分信號根據電力系統轉換模塊到LTE系統的數據解映射格式，還原LTE信號。

3 結語

LTE系統運用在非標準帶寬的授權頻段，既具備廣覆蓋優勢，又具備寬帶傳輸能力，是非標準帶寬應用通信體制的較好選擇。現有技術中，將LTE系統運用到非標準帶寬的應用場景中不僅需要改變現有LTE系統的收發機制，還需對終端的收發機制進行改造，因此，增加了LTE技術運用到非標準帶寬的應用成本。

本文提出了將LTE應用于電力授權頻段的系統設計，該系統只需在LTE系統的收發端，加入一個有效的數據轉換模塊，而不修改LTE任何收發端裝置就可以完成數據的收發轉換。從而有效的將LTE系統的機制應用于電力系統。

參考文獻

[1] 劉瑾，王麗珠，章輝，馮英敏，等.基于FDD-LTE230的電力無線專網研究[J].自動化與傳動，2015（6）：47-49.

[2] 原義棟，趙東艷，吳廣宇，等.基于230MHz電力無線專網的頻譜共享關鍵技術研究[J].通信技術，2015（8）：79-82.

[3] 王奔.電力無線通信的頻譜聚合技術研究[D].華北電力大學，2013.