沈 揚(yáng)，程 倫，馮世英，劉 瑋
?。ㄆ仗煨畔⒓夹g(shù)研究院有限公司，北京 100080）
摘 要： 通信技術(shù)是智能電網(wǎng)的基石，無(wú)線通信技術(shù)以其部署靈活、建設(shè)成本低、便于管理受到了越來(lái)越多的青睞。如何利用無(wú)線通信技術(shù)為智能電網(wǎng)提供更好的通信保障是移動(dòng)通信研究的熱點(diǎn)。在頻譜資源日益緊張的今天，頻譜資源的爭(zhēng)奪越來(lái)越激烈，選擇什么樣的無(wú)線頻譜來(lái)解決電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)的問(wèn)題受到了廣泛的關(guān)注。230 MHz頻段是電力負(fù)荷控制業(yè)務(wù)專有頻段，如果能夠成功利用，則會(huì)產(chǎn)生巨大的價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng)；無(wú)線通信專網(wǎng)；LTE230系統(tǒng)；抗干擾能力
1 電力無(wú)線專網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
經(jīng)過(guò)多年建設(shè)國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)建成一張具有相當(dāng)規(guī)模的電力通信網(wǎng)絡(luò)，作為主要技術(shù)手段的光纖通信具有傳輸容量大、保密性好、傳輸穩(wěn)定可靠，但是光纖網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)地理分布分散的中低壓配用電網(wǎng)的通信需求時(shí)，由于工程造價(jià)過(guò)高、施工難度大等原因，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部配用電節(jié)點(diǎn)的覆蓋。
近年，雖然GRES等無(wú)線公網(wǎng)對(duì)配用電節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)形成一定的補(bǔ)充覆蓋，但仍無(wú)法達(dá)到電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)全覆蓋的目標(biāo)，同時(shí)，無(wú)線公網(wǎng)時(shí)延大、QoS質(zhì)量低，視頻業(yè)務(wù)價(jià)格居高不下的問(wèn)題也日益凸顯。與無(wú)線公網(wǎng)相比，無(wú)線專網(wǎng)具有通信質(zhì)量高、QoS可定制、網(wǎng)絡(luò)安全性好、設(shè)備抗毀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可作為電力配電通信網(wǎng)絡(luò)中光纖通信的重要補(bǔ)充，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全天候視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，是構(gòu)建高速、可靠、靈活的電力配電通信網(wǎng)，解決配用電側(cè)全覆蓋、全采集目標(biāo)的重要手段。
目前，無(wú)線專網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)正在從計(jì)量自動(dòng)化、配電自動(dòng)化等核心業(yè)務(wù)擴(kuò)展到微網(wǎng)、光伏發(fā)電、風(fēng)電、汽車(chē)沖換電站、視頻監(jiān)控、低壓電房視頻監(jiān)控、低壓電房門(mén)禁監(jiān)控等新型電力業(yè)務(wù)，以滿足電力日益增長(zhǎng)的智能電網(wǎng)建設(shè)需求。
2 230 MHz頻譜
230 MHz頻段包括223.025 MHz~235.000 MHz共12 MHz帶寬。目前以25 kHz為一個(gè)頻點(diǎn)并進(jìn)行分配，共480個(gè)頻點(diǎn)，其中近100個(gè)頻點(diǎn)已經(jīng)分配給了能源、軍隊(duì)、氣象、地震、水利、地礦、輕工與建設(shè)共8個(gè)部委。目前電力、石油和水利等行業(yè)主要采用窄帶數(shù)傳電臺(tái)系統(tǒng)在230 MHz頻段進(jìn)行行業(yè)無(wú)線數(shù)據(jù)的采集與傳輸。行業(yè)頻點(diǎn)資源分配情況如圖1所示。
隨著信息化在能源、地礦及交通等重點(diǎn)行業(yè)中的不斷應(yīng)用與推廣，行業(yè)對(duì)保障安全生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理等功能的生產(chǎn)管理型無(wú)線專網(wǎng)有著迫切需求，需要無(wú)線傳輸系統(tǒng)具有寬帶傳輸能力，以提高行業(yè)生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)能力，有效降低管理和經(jīng)營(yíng)成本。
目前該頻段的傳輸設(shè)備以數(shù)傳電臺(tái)為主，由于數(shù)傳電臺(tái)相對(duì)技術(shù)落后，缺乏組網(wǎng)同步功能，因此開(kāi)發(fā)該頻段的無(wú)線通信設(shè)備需要考慮與輸出電臺(tái)的共存問(wèn)題。
3 LTE230系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
LTE230電力無(wú)線通信專網(wǎng)的作用就是在遠(yuǎn)端監(jiān)控模塊與后臺(tái)主站之間提供安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。并提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和遠(yuǎn)端通信模塊的配置和管理功能。LTE230采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，組網(wǎng)靈活。
圖2為L(zhǎng)TE230網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主要實(shí)體。
?。?）終端設(shè)備
是數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控調(diào)度、視頻傳輸?shù)冗h(yuǎn)端模塊的統(tǒng)稱，是智能電網(wǎng)遠(yuǎn)端信息采集和監(jiān)控調(diào)度的執(zhí)行單元。如采集器、集中器、控制開(kāi)關(guān)。
?。?）主站
智能電網(wǎng)主站系統(tǒng)。
?。?）接入終端
LTE230的無(wú)線終端模塊，直接與監(jiān)控單元通信。終端與監(jiān)控單元能夠無(wú)縫連接，即插即用。
（4）基站
TD-LTE230系統(tǒng)的無(wú)線基站，能夠接入多路用戶。包括固定基站以及移動(dòng)基站（車(chē)載）。每個(gè)基站單個(gè)扇區(qū)能夠接入1 200個(gè)電力數(shù)據(jù)用戶。
?。?）核心網(wǎng)
LTE230系統(tǒng)的核心網(wǎng)，負(fù)責(zé)終端認(rèn)證、終端IP地址管理、移動(dòng)性管理等，直接連接智能電網(wǎng)主站。通過(guò)核心網(wǎng)，電力終端能夠完成數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、調(diào)度指揮、應(yīng)急搶險(xiǎn)等功能。
?。?）網(wǎng)管
LTE230網(wǎng)絡(luò)管理單元。主要包括兩部分內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備運(yùn)維。該中心支持對(duì)現(xiàn)存的電力信息管理進(jìn)行融合，并能利用各種多媒體手段，GIS技術(shù)，完成統(tǒng)一集成的多媒體調(diào)度指揮系統(tǒng)。具體包括：調(diào)度指揮中心（指控系統(tǒng)以及電視墻、GIS信息顯示）；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)（車(chē)載應(yīng)急基站、衛(wèi)星接入系統(tǒng)、車(chē)載臺(tái)、集群終端、移動(dòng)視頻監(jiān)控等）；可視電話調(diào)度系統(tǒng)（包括有線與無(wú)線可視電話）；監(jiān)控系統(tǒng)。
3.2 LTE230抗干擾措施
窄帶干擾對(duì)寬帶OFDM系統(tǒng)的干擾主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：高功率窄帶信號(hào)的阻塞性干擾和干擾信號(hào)與有用信號(hào)不正交造成的雜散干擾。
針對(duì)這兩種干擾LTE230系統(tǒng)采用了兩種抗干擾方法：
?。?）LTE230系統(tǒng)采用大動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)，有較強(qiáng)的抗阻塞能力，基站動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到80 dB，有效抵抗高功率的阻塞式干擾；
（2）LTE230系統(tǒng)具有高階窄帶濾波器，針對(duì)每一個(gè)25 kHz信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，臨道選擇性達(dá)到60 dB，有效抑制了窄帶信號(hào)在OFDM系統(tǒng)解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生的雜散信號(hào)。
對(duì)于干擾信號(hào)過(guò)強(qiáng)超過(guò)的情況，LTE230系統(tǒng)采用頻譜感知技術(shù)和動(dòng)態(tài)頻譜調(diào)度技術(shù)，主動(dòng)規(guī)避數(shù)傳電臺(tái)干擾，并選擇信噪比高的頻點(diǎn)進(jìn)行工作。
4 昆山電力LTE230試驗(yàn)網(wǎng)情況
昆山供電公司通過(guò)對(duì)各種無(wú)線技術(shù)長(zhǎng)期的考察和對(duì)比，最終選取了采用新一代4G無(wú)線寬帶通信技術(shù)開(kāi)發(fā)的LTE230無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)用電信息采集通道的改造和升級(jí)。昆山供電公司新型LTE230無(wú)線通信系統(tǒng)項(xiàng)目也得到了國(guó)家發(fā)改委重點(diǎn)支持，被列入發(fā)改委新一代TD-LTE寬帶移動(dòng)通信行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，在昆山進(jìn)行試點(diǎn)和應(yīng)用示范。
4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
昆山供電公司目前已完成新型LTE230無(wú)線通信系統(tǒng)核心網(wǎng)設(shè)備及14個(gè)110 kV變電站無(wú)線基站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了昆山市全覆蓋，已完成昆山市2 000家企業(yè)用電管理終端及100臺(tái)公變用電采集終端的接入和改造。昆山供電局LTE230無(wú)線專網(wǎng)拓?fù)淙鐖D3所示。昆山供電局LTE230無(wú)線專網(wǎng)基站名稱見(jiàn)表1。
4.2 測(cè)試方法
為了驗(yàn)證LTE230的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，普天信息技術(shù)有限公司針對(duì)昆山網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試。測(cè)試方法和結(jié)論如下。
4.2.1 RSRP覆蓋測(cè)試結(jié)果系統(tǒng)組成
測(cè)試系統(tǒng)由圖4所示。
整個(gè)系統(tǒng)發(fā)射端由LTE230基站、全向天線組成，接收端由車(chē)載全向吸盤(pán)天線、LTE230終端、筆記本電腦組成。
4.2.2 系統(tǒng)方法
把LTE230終端安裝在測(cè)試車(chē)上，通過(guò)安裝在車(chē)頂?shù)奈P(pán)天線接收信號(hào)，便攜接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)焦P記本電腦，完成數(shù)據(jù)的顯示和記錄。
4.3 測(cè)試分析
網(wǎng)絡(luò)建成后，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行了全網(wǎng)的覆蓋信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
4.4 覆蓋測(cè)試結(jié)果分析
昆山市LTE230基站的規(guī)劃覆蓋為全市覆蓋，對(duì)昆山市全市進(jìn)行路測(cè)，總計(jì)測(cè)試覆蓋面積1 070.74 km2，測(cè)試結(jié)果如表2所示，昆山市總面積927.68平方公里，由此可看出，昆山市已達(dá)到預(yù)期覆蓋要求。
5 結(jié)論
LTE230系統(tǒng)建成后充分體現(xiàn)出廣覆蓋、傳輸速率高、可靠性高、安全性好等特點(diǎn)。新系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，解決了困擾昆山局多年的企業(yè)用電信息采集和管理的業(yè)務(wù)難題，將日數(shù)據(jù)采集耗時(shí)由超過(guò)24小時(shí)直接縮短至數(shù)分鐘，數(shù)據(jù)采集的成功率接近100%。同時(shí)，LTE230系統(tǒng)有強(qiáng)大的網(wǎng)管和告警功能，給整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)和故障地位提供了強(qiáng)有力的支撐，大大降低了一線維護(hù)難度，提升現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉振亞.智能電網(wǎng)知識(shí)問(wèn)答[M].北京:中國(guó)電力出版社, 2010.
[2] “數(shù)字南方電網(wǎng)”專題研究報(bào)告[R].中國(guó)南方電網(wǎng), 2007.
[3] DLT 814-2002, 配網(wǎng)自動(dòng)化功能規(guī)范[S].
[4] Q／GDW_380.5-2009, 電力用戶用電信息采集系統(tǒng)管理規(guī)范：通信信道運(yùn)行管理規(guī)范[S].
[5] 劉建明,李祥珍. 物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2010.
[6] 關(guān)于印發(fā)民用超短波遙測(cè)、遙控、數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)頻段規(guī)劃的通知[R]. 國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì), 1991.
[7] Q/GDW 374.3-2009, 通信單元技術(shù)規(guī)范[S].
[8] Stefania Sesia等著.LTE-UMTS長(zhǎng)期演進(jìn)理論與實(shí)踐[M].馬霓等譯.北京:人民郵電出版社, 2009.