沈  揚，程  倫，馮世英，劉  瑋

　　（普天信息技術(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越多的青睞。如何利用無線通信技術(shù)為智能電網(wǎng)提供更好的通信保障是移動通信研究的熱點。在頻譜資源日益緊張的今天，頻譜資源的爭奪越來越激烈，選擇什么樣的無線頻譜來解決電力無線專網(wǎng)建設(shè)的問題受到了廣泛的關(guān)注。230 MHz頻段是電力負荷控制業(yè)務(wù)專有頻段，如果能夠成功利用，則會產(chǎn)生巨大的價值。

　　關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng)；無線通信專網(wǎng)；LTE230系統(tǒng)；抗干擾能力

1 電力無線專網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　經(jīng)過多年建設(shè)國家電網(wǎng)已經(jīng)建成一張具有相當規(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)在面對地理分布分散的中低壓配用電網(wǎng)的通信需求時，由于工程造價過高、施工難度大等原因，難以實現(xiàn)對全部配用電節(jié)點的覆蓋。

　　近年，雖然GRES等無線公網(wǎng)對配用電節(jié)點業(yè)務(wù)形成一定的補充覆蓋，但仍無法達到電力行業(yè)實現(xiàn)全覆蓋的目標，同時，無線公網(wǎng)時延大、QoS質(zhì)量低，視頻業(yè)務(wù)價格居高不下的問題也日益凸顯。與無線公網(wǎng)相比，無線專網(wǎng)具有通信質(zhì)量高、QoS可定制、網(wǎng)絡(luò)安全性好、設(shè)備抗毀性強等優(yōu)點，可作為電力配電通信網(wǎng)絡(luò)中光纖通信的重要補充，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、全采集目標的重要手段。

　　目前，無線專網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)正在從計量自動化、配電自動化等核心業(yè)務(wù)擴展到微網(wǎng)、光伏發(fā)電、風電、汽車沖換電站、視頻監(jiān)控、低壓電房視頻監(jiān)控、低壓電房門禁監(jiān)控等新型電力業(yè)務(wù)，以滿足電力日益增長的智能電網(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為一個頻點并進行分配，共480個頻點，其中近100個頻點已經(jīng)分配給了能源、軍隊、氣象、地震、水利、地礦、輕工與建設(shè)共8個部委。目前電力、石油和水利等行業(yè)主要采用窄帶數(shù)傳電臺系統(tǒng)在230 MHz頻段進行行業(yè)無線數(shù)據(jù)的采集與傳輸。行業(yè)頻點資源分配情況如圖1所示。

　　隨著信息化在能源、地礦及交通等重點行業(yè)中的不斷應(yīng)用與推廣，行業(yè)對保障安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理等功能的生產(chǎn)管理型無線專網(wǎng)有著迫切需求，需要無線傳輸系統(tǒng)具有寬帶傳輸能力，以提高行業(yè)生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)效率和競爭能力，有效降低管理和經(jīng)營成本。

　　目前該頻段的傳輸設(shè)備以數(shù)傳電臺為主，由于數(shù)傳電臺相對技術(shù)落后，缺乏組網(wǎng)同步功能，因此開發(fā)該頻段的無線通信設(shè)備需要考慮與輸出電臺的共存問題。

3 LTE230系統(tǒng)

　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　LTE230電力無線通信專網(wǎng)的作用就是在遠端監(jiān)控模塊與后臺主站之間提供安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。并提供對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和遠端通信模塊的配置和管理功能。LTE230采用全IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，組網(wǎng)靈活。

　　圖2為LTE230網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主要實體。

　?。?）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端模塊的統(tǒng)稱，是智能電網(wǎng)遠端信息采集和監(jiān)控調(diào)度的執(zhí)行單元。如采集器、集中器、控制開關(guān)。

　?。?）主站

　　智能電網(wǎng)主站系統(tǒng)。

　?。?）接入終端

　　LTE230的無線終端模塊，直接與監(jiān)控單元通信。終端與監(jiān)控單元能夠無縫連接，即插即用。

　?。?）基站

　　TD-LTE230系統(tǒng)的無線基站，能夠接入多路用戶。包括固定基站以及移動基站（車載）。每個基站單個扇區(qū)能夠接入1 200個電力數(shù)據(jù)用戶。

　?。?）核心網(wǎng)

　　LTE230系統(tǒng)的核心網(wǎng)，負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，直接連接智能電網(wǎng)主站。通過核心網(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)備運維。該中心支持對現(xiàn)存的電力信息管理進行融合，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)場應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)（車載應(yīng)急基站、衛(wèi)星接入系統(tǒng)、車載臺、集群終端、移動視頻監(jiān)控等）；可視電話調(diào)度系統(tǒng)（包括有線與無線可視電話）；監(jiān)控系統(tǒng)。

　　3.2  LTE230抗干擾措施

　　窄帶干擾對寬帶OFDM系統(tǒng)的干擾主要體現(xiàn)在兩個方面：高功率窄帶信號的阻塞性干擾和干擾信號與有用信號不正交造成的雜散干擾。

　　針對這兩種干擾LTE230系統(tǒng)采用了兩種抗干擾方法：

　?。?）LTE230系統(tǒng)采用大動態(tài)范圍接收機，有較強的抗阻塞能力，基站動態(tài)范圍達到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，針對每一個25 kHz信號進行窄帶濾波，臨道選擇性達到60 dB，有效抑制了窄帶信號在OFDM系統(tǒng)解調(diào)過程中產(chǎn)生的雜散信號。

　　對于干擾信號過強超過的情況，LTE230系統(tǒng)采用頻譜感知技術(shù)和動態(tài)頻譜調(diào)度技術(shù)，主動規(guī)避數(shù)傳電臺干擾，并選擇信噪比高的頻點進行工作。

4  昆山電力LTE230試驗網(wǎng)情況

　　昆山供電公司通過對各種無線技術(shù)長期的考察和對比，最終選取了采用新一代4G無線寬帶通信技術(shù)開發(fā)的LTE230無線通信系統(tǒng)來實現(xiàn)用電信息采集通道的改造和升級。昆山供電公司新型LTE230無線通信系統(tǒng)項目也得到了國家發(fā)改委重點支持，被列入發(fā)改委新一代TD-LTE寬帶移動通信行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化專項，在昆山進行試點和應(yīng)用示范。

　　4.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

　　昆山供電公司目前已完成新型LTE230無線通信系統(tǒng)核心網(wǎng)設(shè)備及14個110 kV變電站無線基站的建設(shè)，實現(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臺公變用電采集終端的接入和改造。昆山供電局LTE230無線專網(wǎng)拓撲如圖3所示。昆山供電局LTE230無線專網(wǎng)基站名稱見表1。

　　4.2 測試方法

　　為了驗證LTE230的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，普天信息技術(shù)有限公司針對昆山網(wǎng)絡(luò)進行了詳細的測試。測試方法和結(jié)論如下。

　　4.2.1 RSRP覆蓋測試結(jié)果系統(tǒng)組成

　　測試系統(tǒng)由圖4所示。

　　整個系統(tǒng)發(fā)射端由LTE230基站、全向天線組成，接收端由車載全向吸盤天線、LTE230終端、筆記本電腦組成。

　　4.2.2  系統(tǒng)方法

　　把LTE230終端安裝在測試車上，通過安裝在車頂?shù)奈P天線接收信號，便攜接收機對信號進行測量，并將測量結(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  測試分析

　　網(wǎng)絡(luò)建成后，針對網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)進行了全網(wǎng)的覆蓋信號強度測試，測試結(jié)果見表2。

　　4.4  覆蓋測試結(jié)果分析

　　昆山市LTE230基站的規(guī)劃覆蓋為全市覆蓋，對昆山市全市進行路測，總計測試覆蓋面積1 070.74 km2，測試結(jié)果如表2所示，昆山市總面積927.68平方公里，由此可看出，昆山市已達到預期覆蓋要求。

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。新系統(tǒng)經(jīng)過實際運行，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)采集耗時由超過24小時直接縮短至數(shù)分鐘，數(shù)據(jù)采集的成功率接近100%。同時，LTE230系統(tǒng)有強大的網(wǎng)管和告警功能，給整個系統(tǒng)的維護和故障地位提供了強有力的支撐，大大降低了一線維護難度，提升現(xiàn)場服務(wù)質(zhì)量。

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