基于5G 技術的配電物聯網通信技術研究

（國網河南省電力公司淇縣供電公司，河南 鶴壁 456750）

引言

配電物聯網是利用互聯網連接各種電力通訊設備，以此減少電能功耗，實現通訊交互功能的技術，配電物聯網通信技術的應用，給人們的生產生活帶來了極為深遠的影響，各種電力設備采用蜂窩技術進行連接，如2G、3G、4G 等，而5G 技術則是蜂窩技術的又一次革新成果，其屬于一種新興的移動無線網絡技術，并于2020年開始在商業領域中進行正式部署，國際電信聯盟（ITU）更是從8 個指標提出5G 技術的應用要求，即移動性能、連接密度、基站峰值速率、頻譜效率、時延、用戶體驗速率、流量空間容量以及頻譜效率，這使得配電物聯網的通信速率能夠達到現有基礎的10 至100 倍，而其傳輸速率的峰值更是高達10Gbit/s，其端至端所產生的時延則達到 ms 級，并且流量密度也將提高至千倍以上，連接設備密度也能達到10 至100 倍，其頻譜效率也將提高到現有效率的5 至10 倍。

一、配電物聯網通信技術

物聯網是以互聯網技術為基礎的一種新興技術領域，其能夠打破時空的限制，使物與物、人與物和人與人之間能夠建立緊密的聯系，而配電物聯網便是電力領域中對物聯網技術的一種全新應肜。在配電物聯網大規模部署過程中，只需花費很少的成本，即可實現對大數量電力設備的有效連接，并且配電物聯網的覆蓋面積非常大，人們能夠通過配電物聯網來實時獲取這些連接設備的各種信息，以便于實現對電力系統的高效管理。在配電物聯網中，其關鍵是發展蜂窩網絡技術，現階段，大部分網絡連接都采用短距離或固定通信標準，以往的短程無線網絡技術采用M2M 通信來支持短距離通信，如ZigBee、藍牙以及低功耗Wifi 等。不過，上述短程連接技術有很多局限性，難以在配電、工業等領域進行物聯網應用。LPWA 技術的覆蓋范圍非常廣，而且能源效率、數據速率以及信道帶寬都較高，其能耗也比較低，這些應用優勢使其非常適合在配電物聯網中進行應用。LoRa 以擴頻技術為核心，其具有功耗低、成本低、傳輸距離遠以及連接節點多等諸多應用優勢，這使其成為配電物聯網中一種適用于超遠距離通信的無線傳輸方案。SigFox 通過超窄帶技術來對配電物聯網中的無線網絡進行建設，能夠為配電物聯網提供端到端連接解決方案。對于NB-lot 以及eMTC 來說，其均屬于窄帶LTE 技術，相比于LTE 網絡而言，其可使傳輸速率得到大幅降低的同時，使配電物聯網中的設備能夠以低數據速率進行連接。也就是說，NB-lot 的帶寬在200KHz 左右，eMTC 的帶寬則為1.4MHz。并且，當流量數據的傳輸速率在100kbps 以內時可采用NB-loT，而當流量數據的傳輸速率達到1Mbps 時，則可采用eMTC。

二、5G 技術

在5G 技術中，其核心技術主要有兩種，一種是高密度無線網絡技術，另一種則是高效能無線傳輸技術。在配電物聯網通信系統中，通過多天線技術的應用，可使信系統的數據傳輸可靠性以及頻譜效率得以大幅提高。此外，在5G 技術中，濾波器技術，即FBMC 技術也是一種重要的技術之一，該技術采用合成濾波器組來對發射端中的多載波進行調制，然后通過分析濾波器組來對接收端中的多載波進行解調。與正交頻分復用技術，即OFDM 技術相比，其各個子載波均配置有相應的濾波器，從而使子載波產生的相互干擾得以有效消除。在無線網絡技術中，C-RAN 技術、網絡功能虛擬化NFV 技術、自組織網絡SON、軟件定義網絡SDN、超密集網絡技術UDN 以及Multi-RAT 技術等均屬于5G 網絡架構中可進行選擇的關鍵技術。其中C-RAN 技術是一種具備集中化處理、實時云計算以及協作式無線電功能的無線接入網架構。而對于網絡功能虛擬化，即NFV 技術來說，可實現軟硬件解耦，進而有效擺脫了網絡對專用硬件的依賴，使網絡資源能夠靈活而高效的共享，配電物聯網的自適應性及彈性也能得以顯著增強。

三、5G IoT 關鍵技術

在5G 技術中，NFV 技術的目的是使網絡具備可擴展性，其能夠將配電物聯網按照若干虛擬網絡進行劃分，而這些虛擬網絡均可配置相應的設備。在5GloT 技術中，其數據傳輸可采用D2D 來實現短程通信，這可使5Glot 的功耗得以降低，使負載更趨于平衡，進而使邊緣用戶能夠獲得更佳的Qos。這也使D2D 通信正越來越受到人們的歡迎，D2D 還能在NB-lot 上行鏈路中進行擴展，借助于NB-loT 能夠對路由蜂窩鏈路進行建立。在配電物聯網中，能夠將移動NB-lot 用戶設備和D2D 進行搭配使用。

結語

總而言之，5G 技術正變得日益成熟化，在2020 年，我國將正式在商業領域中應用5G 網絡，而5G 網絡中的諸多關鍵技術則能夠有效滿足各個領域中的物聯網應用要求，進而使物聯網突破原有的技術瓶頸。當然，5GloT 還有一些技術問題亟需解決，只有解決這些問題，才能使其應用價值得到充分的發揮，進而更好推動配電物聯網的發展。