4G電力無線專網(wǎng)典型應(yīng)用

張博文

（國網(wǎng)天津?yàn)I海供電公司，天津 濱海 300450）

傳統(tǒng)配電自動(dòng)化的基本“二遙”業(yè)務(wù)一般都采用租用2G、3G 公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信，這樣雖然可以降低總投資，但是租用的地區(qū)運(yùn)行穩(wěn)定性差，傳輸容量小，無法滿足目前電網(wǎng)安全運(yùn)行要求。4G無線通信技術(shù)是集合3G 和WLAN 技術(shù)的移動(dòng)通信技術(shù)，應(yīng)用到10 kV及以下的配電網(wǎng)，電網(wǎng)自建4G無線專網(wǎng)為電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供有力支撐[1]。

1 4G電力無線專網(wǎng)建設(shè)原則

1.1 技術(shù)先進(jìn)原則

基于LTE 無線通信技術(shù)，建設(shè)電力無線專網(wǎng)。在充分分析和掌握各種通信新技術(shù)核心的基礎(chǔ)上，高度關(guān)注通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的成熟性和有效性，采用成熟、先進(jìn)的通信技術(shù)，提高新技術(shù)的適用性和技術(shù)體制的一致性。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化原則

技術(shù)及設(shè)備應(yīng)符合國際、國家和公司企業(yè)行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。信道規(guī)劃和建設(shè)必須統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體制。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)執(zhí)行中國國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。暫未規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)按等同等效的原則執(zhí)行ⅠSO、ⅠTU、ⅠEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和建議。信道系統(tǒng)的應(yīng)用須遵循國家頻譜政策，避免實(shí)際使用中不同行業(yè)間的頻譜干擾。

1.3 高可靠性原則

產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有強(qiáng)糾錯(cuò)、容錯(cuò)能力，關(guān)鍵模塊（核心網(wǎng)、基站設(shè)備等）冗余設(shè)計(jì)，具備強(qiáng)故障恢復(fù)和應(yīng)急措施。以各承載業(yè)務(wù)信息安全為目標(biāo)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簡化運(yùn)行維護(hù)管理，提升專網(wǎng)通信信道系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行水平，提高應(yīng)急處置和通信保障能力，為電網(wǎng)的發(fā)展和安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠、有效的支撐。

1.4 國產(chǎn)化原則

優(yōu)先采用具有國產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、先進(jìn)可靠實(shí)用、覆蓋智能電網(wǎng)配用電環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的軟硬件產(chǎn)品，進(jìn)一步提升設(shè)備國產(chǎn)化率。

1.5 利舊原則

優(yōu)先利用已有的設(shè)備（包括回傳網(wǎng)）、基礎(chǔ)資源（自有機(jī)房、桿塔等資源）和線路資源，減少項(xiàng)目投資，提高資源利用率。在滿足電網(wǎng)建設(shè)的同時(shí)，更要注重各級(jí)通信資源的整合，提高可用性，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高無線專網(wǎng)通信信道系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 4G電力無線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)

4G 電力無線專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為業(yè)務(wù)層、安全接入層、LTE接入層、業(yè)務(wù)接入層。

業(yè)務(wù)層及安全接入層中的前置機(jī)為業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)備。安全接入層負(fù)責(zé)生產(chǎn)業(yè)務(wù)與管理業(yè)務(wù)的安全防護(hù)。LTE 接入層包括核心網(wǎng)、LTE 回傳光網(wǎng)絡(luò)以及基站設(shè)備，負(fù)責(zé)傳輸并處理相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)[2]。業(yè)務(wù)接入層包括業(yè)務(wù)終端和采集終端，負(fù)責(zé)一次設(shè)備等的信息采集及業(yè)務(wù)終端數(shù)據(jù)的傳輸。根據(jù)國能安全〔2015〕36號(hào)文的電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)方案要求，Ⅰ、ⅠⅠ區(qū)業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站采用正反向隔離裝置與無線接入終端進(jìn)行隔離。ⅠⅠⅠ、ⅠV區(qū)業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用安全接入平臺(tái)接入無線終端。生產(chǎn)業(yè)務(wù)的終端和管理業(yè)務(wù)終端采用相同工作頻率，共享基站和天線。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)圖

根據(jù)電力業(yè)務(wù)終端分布密度、單站點(diǎn)帶寬需求、單扇區(qū)覆蓋范圍、TD-LTE基站單扇區(qū)吞吐量等方面綜合考慮，為滿足電力業(yè)務(wù)需求，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前天津區(qū)域內(nèi)1.8 GHz專網(wǎng)頻段使用情況，在快速路以內(nèi)區(qū)域申請(qǐng)10 MHz帶寬頻段，在其他區(qū)域申請(qǐng)5 MHz帶寬頻段。ⅠoT 使用非授權(quán)頻段470～510 MHz，此頻段無須申請(qǐng)，但須注意同頻干擾。

3 天津?yàn)I海無線專網(wǎng)建設(shè)方案

方案充分考慮覆蓋區(qū)域的典型性、示范性以及業(yè)務(wù)開展情況，計(jì)劃在濱海開發(fā)區(qū)西區(qū)及高新區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)無線專網(wǎng)通信站，根據(jù)現(xiàn)場查勘選取新路變電站、新圣變電站、高新變電站、科學(xué)變電站開展建設(shè)。

3.1 室內(nèi)部分建設(shè)

變電站點(diǎn)機(jī)房內(nèi)新設(shè)無線專網(wǎng)設(shè)備，每個(gè)站點(diǎn)安裝1 套無線專網(wǎng)BBU 設(shè)備，設(shè)備型號(hào)為華為DBS3910 LTE TDD；安裝1 套接入路由器設(shè)備，設(shè)備型號(hào)為華為NE20E-S2E。設(shè)備均為直流-48 V 供電，采用雙主控板、雙電源板配置。設(shè)備機(jī)柜安裝在現(xiàn)狀站內(nèi)主控室機(jī)房內(nèi)空余盤位，其中新民路、新圣路變電站內(nèi)設(shè)備利用新設(shè)通信電源供電，其余站點(diǎn)利用站內(nèi)現(xiàn)狀通信電源供電[3]。

根據(jù)基站覆蓋的環(huán)境和業(yè)務(wù)終端分布，本期各站點(diǎn)采用基站/射頻拉遠(yuǎn)的方式進(jìn)行覆蓋，設(shè)備配置考慮1BBU+3RRU，為保證有效覆蓋信號(hào)電平，本期設(shè)備優(yōu)先選擇90°～65°水平波束的定向天線。

濱海供電公司新設(shè)無線專網(wǎng)基站后向回傳網(wǎng)絡(luò)主要利用現(xiàn)有濱海供電公司SDH/MSTP骨干光纖網(wǎng)絡(luò)承載，傳輸通道采用SDH專線組網(wǎng)。本期各基站所在變電站均配置有濱海公司ECⅠSDH光傳輸設(shè)備，可采用利用現(xiàn)狀ECⅠSDH通信傳輸網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)開通道回傳至濱海供電公司，每個(gè)基站的回傳數(shù)據(jù)量按10 Mbit/s 考慮，利用每個(gè)變電站內(nèi)SDH 的預(yù)留資源滿足要求[4]。網(wǎng)絡(luò)建成后，設(shè)備連接拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 設(shè)備連接拓?fù)鋱D

3.2 室外部分

各基站的室外布置無線專網(wǎng)RRU 及天線設(shè)備，用于無線專網(wǎng)信號(hào)覆蓋。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，配置LTE-1.8 GHz天線設(shè)備，天線設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 天線設(shè)備參數(shù)表

4 其他建設(shè)方案

4.1 電源線布放

抱桿（鐵塔）上RRU 設(shè)備采用直流-48V 電源供電，通過3根2×16的電源線與RRU連接來實(shí)現(xiàn)供電。電源線自室內(nèi)機(jī)房設(shè)備柜內(nèi)直流電源分配單元直接取電，引至RRU。

直流遠(yuǎn)供饋電應(yīng)采用具有對(duì)雷電電磁場有屏蔽功能的電纜，線纜應(yīng)選用適用于承受較大機(jī)械外力固定敷設(shè)的固定場所的ZR-YJV22 型的2 芯電力電纜。

4.2 信號(hào)線布放

線纜由保護(hù)室布放至抱桿（鐵塔），與設(shè)備連接，涉及信號(hào)線纜共計(jì)5 根（室外型野戰(zhàn)光纜LCLC光纖3根、GPS饋線2根）。

4.3 桿塔設(shè)置情況

電力無線專網(wǎng)通信桿塔建設(shè)應(yīng)做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、外形美觀、確保質(zhì)量。桿塔建設(shè)應(yīng)綜合考慮基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工，鋼結(jié)構(gòu)的制作、運(yùn)輸、安裝以及建成后的環(huán)境影響和維護(hù)問題。

桿塔在正常施工和正常使用時(shí)，應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種作用（荷載）；在正常使用時(shí)應(yīng)具有良好的工作性能，應(yīng)能夠滿足電力無線專網(wǎng)正常的通信要求，并且便于維護(hù)；在滿足安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，應(yīng)與周邊環(huán)境及景觀協(xié)調(diào)。

桿塔設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足本期電力無線專網(wǎng)的需求基礎(chǔ)上，適當(dāng)考慮中長期的電力無線專網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃的需求。桿塔設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下有關(guān)通信方面的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

5 基站仿真情況

根據(jù)對(duì)濱海供電公司選址站點(diǎn)的覆蓋能力仿真及站點(diǎn)內(nèi)實(shí)際空間情況綜合考慮，本期電力無線專網(wǎng)計(jì)劃在新路變電站、新圣變電站、科學(xué)變電站和高新變電站全部選用自立式抱桿，具體情況如表2所示。

根據(jù)軟件測試，DL RSRP大于-108 dBm的區(qū)域可以進(jìn)行CPE回傳720P視頻業(yè)務(wù)，半徑約1～2 km；

DL RSRP 大于-120 dBm 的區(qū)域可以進(jìn)行CPE回傳128 kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，半徑約3～7 km。

6 結(jié)束語

基于CPE邊緣業(yè)務(wù)128 kbit/s，無線專網(wǎng)可以承載覆蓋區(qū)域內(nèi)配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)、用電信息采集等業(yè)務(wù)，同時(shí)可提供一定范圍內(nèi)的視頻接入。局部區(qū)域可能存在覆蓋空洞，可根據(jù)現(xiàn)場覆蓋情況調(diào)整天線傾角及方向進(jìn)網(wǎng)優(yōu)化或補(bǔ)站。