基于230MHz的電力無線專網網絡規劃研究

林 航，劉軼文2，趙 磊，王旭東

（1.國網安徽省電力公司信息通信分公司，合肥 230061；2.華信咨詢設計研究院有限公司，杭州 310052）

1 引言

隨著用電信息采集、配電自動化、分布式能源、電動汽車充電樁（站）、精準負荷控制等業務飛速發展，接入電力通信網中的設備、終端、用戶無論是種類上、數量上亦或通信需求均呈爆發式增長態勢，迫切需要一套通道安全、方向靈活、時延極低、接入可靠、技術先進，能夠兼顧智能電網基礎業務和擴展業務，并能面向智能電網業務開展定制開發和業務升級的通信系統。租用公眾移動通信網絡雖然簡便快捷、維護簡單，但安全性、實時性難以得到保證，網絡覆蓋和容量易受到限制，從中長期發展看經濟性較差。相較租用公眾移動通信網絡，電力無線專網技術可以節約使用費用，同時組網靈活、允許自定義業務優先級、安全保障機制可管可控等特點。另外，電力無線專網不僅可作為現階段配電自動化、用電信息采集、內部管理信息化等電力通信業務有效通信方式，還可以自主決策升級滿足未來電力通信網發展的通信需求。

2 電力無線專網業務需求分析

2.1 業務需求

根據國家電網公司企業標準《電力無線專網通用要求第2部分：需求規范》（Q/GDW11803.2-2018），電力業務分為基本業務和擴展業務兩部分，按照業務功能和安全劃分又可分為控制類業務和采集類業務。有關典型應用場景和關鍵通信需求指標詳見企業標準。

2.2 業務場景

相對于農村郊區場景，城市區域場景較為復雜多樣，一般是移動通信網絡覆蓋的難點，城市區域場景主要包括：（1）居民住宅區。主要業務為居民用電信息采集，兼顧配電自動化、電動汽車充電樁（站）、變電器監測、配電房巡檢機器人及智能家居業務，通常以配電房、環網柜及桿式變壓器等形式分布在小區樓宇間，部分業務站點分布在地下等區域，屬于樓宇密集、高遮擋區域。（2）工業區。包含工業負荷控制、精準負荷控制、配電自動化等業務，主要以配電房形式分布在廠房周邊，屬于較開闊，低遮擋區域。（3）變電站/所及配套線路。屬于電力生產輸變電環節，主要包括輸變電狀態監測、變電站巡檢機器人、變電站動力環境監控等業務。

3 電力無線專網網絡規劃方法

3.1 電力無線專網整體架構

圖1 IoT/LTE-G230MHz電力無線專網整體架構

電力無線專網為業務終端與業務主站之間的通信提供服務，業務終端通過通信終端、無線網、回傳網、核心網、承載網與業務主站連接，一般包括通信終端、無線網、回傳網、核心網、承載網等部分，對應建設場景一般包括供電所、營業廳、變電站、供電大樓及其他租用物業等。其中無線網采用蜂窩組網方式。

3.2 電力無線專網網絡規劃流程

無線網絡規劃是根據網絡建設的整體要求和限制條件，確定無線網絡建設目標以及實現該目標確定基站、建設位置、基站配置。

3.2.1 資料收集

本階段需要為網絡規劃各環節調研收集基礎資料。為便于說明資料收集的內容和作用，將有關資料收集時點和收集資料要求拆分到各使用環節進行說明。

3.2.2 需求分析預測

本階段需要面向通信業務部門收集各類通信終端的數量、分布區域、未來發展趨勢（定性）、擬接入電力無線專網終端的原則和數量等。根據國家電網公司企業標準《電力無線專網通用要求第2部分：需求規范》（Q/GDW11803.2-2018），有關終端密度和業務并發比可較為方便地取定。其他如業務增長系數，根據國網相關科技項目成果，一般按照控制類業務每年增長8%、采集類業務每年增長1.5%進行預測測算。

上述各因數相乘即可得到最終總業務流量和擬接入電力無線專網的業務流量。需要注意的是，在得到總業務流量后需要結合當地業務承載特點定性校驗各類業務占比是否合理，否則應調整有關測算參數使之與業務現狀和未來發展趨勢盡可能吻合。

3.2.3 規劃目標設定

本階段需要明確供電區域覆蓋范圍目標和各等級供電區域網絡覆蓋質量目標，一般采用：同頻組網、鄰區實際用戶占用50%網絡資源條件下，在A+、A類供電區域規劃目標覆蓋區域內無線網絡總體覆蓋率應滿足RSRP≥-115dBm且RSSINR≥-3dB的位置不低于95%。

在B、C類地區不低于90%，業務終端99%的時間可以接入網絡；小區邊緣用戶上行接入速率≥9.6kb/s。

3.2.4 覆蓋規劃和容量規劃

圖2 覆蓋規劃和容量規劃

本階段需要收集擬覆蓋區域面積及前序步驟計算得到的吞吐量需求，重點分為覆蓋規劃和容量規劃兩部分：

覆蓋規劃：根據工信部無〔2018〕165號《工業和信息化部調整223-235MHz頻段無線數據傳輸系統頻率使用規劃的通知》規定，電力無線專網可使用223-226MHz、229-233MHz共計7M頻譜（原先已分配的專用頻率除外）。參考用戶明確的覆蓋質量、小區邊緣用戶速率結合230MHz頻段鏈路預算及無線傳播模型可得蜂窩組網情況下全向站、定向站的單小區覆蓋半徑進而得到對應站間距和單小區覆蓋面積。再結合獲取到的擬覆蓋區域面積進行簡單運算即可得到基于覆蓋的最小基站建設規模；

容量規劃：在假定終端均勻分布的情況下，通過總業務吞吐量需求和單基站吞吐量能力進行簡單運算即可得到基于容量的最小基站建設規模。同時應結合所得基站建設規模的最大接入終端數量能力演算是否滿足擬接入終端總數要求。

然后分別按照各類供電區域，分別在相應區域去基于覆蓋、基于容量的最小基站建設規模的最大值，并在不同區域考慮不同冗余系數和調整系數（一般在大面積地形使用），即可得到總體規劃站點數量。冗余系數和調整系數主要考慮受實際工程建設條件限制站點無法建設在最佳位置而導致的站點/小區分裂以及地理屏障（山體、水體）造成的擬覆蓋區域過于雜散。

表1 典型區域典型覆蓋目標下單站覆蓋面積

表2 典型區域各區域冗余系數建議

3.2.5 站址規劃

本階段需要確定不同思路的站址來源，結合電力通信物業設施一般重點考慮四方面：一是基于移動通信覆蓋原理，重點周邊地物環境、與重點覆蓋目標間的阻擋情況；二是基于業務終端分布密度，對于業務終端密度較大區域局部適當增加站點數量和密度；三是基于站點建設周期以及全生命周期成本，優先考慮周期短、投資小的建設方案；四是考慮站址的獲取難度，一般依次考慮市縣局辦公大樓、供電所/營業廳、輸電鐵塔、變電站、其他單位物業等。在GIS軟件內結合站址相應建設方案的評價及進行站址位置初選，可酌情對短期將啟動建設或重點建設區域進行現場勘察選址以驗證圖上作業輸出結果。

3.2.6 參數規劃

本階段主要結合站址位置對站點設備參數、工程參數、編碼配置等進行規劃，主要包括基站發射功率/選型、基站天面掛高及天線方位角、小區編碼及IP地址等規劃等。

3.2.7 仿真驗證

本階段結合前序步驟得出的站址信息及工程參數，在目標覆蓋區域內，通過仿真驗證覆蓋和容量的滿足情況，并結合仿真結果對站址規劃情況進行微調優化直至達到符合要求的覆蓋水平。

3.2.8 建設投資估算

本階段需要進行投資估算，主要包括建筑工程費、設備購置費、安裝工程費、其他費用、基本預備費等。對不同建設方案的不同建設內容參考其他類似工程進行估價，主要包括核心網設備、基站設備、網管系統、傳輸設備、回傳網絡、通信終端、全網網優、其他配套設施等費用。然后按照12%、10%、4%等分別計列安裝工程費、其他費用、基本預備費。最終結合各年度建設計劃將有關費用按年度進行拆分。

4 結束語

本文以230MHz無線專網技術體制為例，結合IoT/LTEG230MHz電力無線專網系統結構，并依據業務種類、業務實時性、業務帶寬、業務分布及業務周邊建筑環境等因素提出電力無線專網建設規劃建議和流程方法，為IoT/LTE-G230MHz電力無線專網規劃及運維提供指導意見。