TD—LTE 1.8GHz 無線寬帶系統在如東電力通信網中的應用

孫超

【摘要】 為推進縣域電力通信網的建設，滿足配電自動化業務需求，基于TD-LTE的無線寬帶專網在南通如東縣試點建設。本文介紹了該項目的建設情況，并對無線專網在電力系統建設相關問題進行了討論，對無線專網在電力系統的大規模應用提供了借鑒。

【關鍵詞】 TD-LTE 1.8GHz 縣域電力通信網

縣域電力通信網是推進農村電網智能化建設，保障電網生產、運行、管理和供電服務的重要基礎，為規范有序推進縣域電力通信網的建設，不斷提高農網智能化水平，國網公司在全公司范圍開展了縣域電力通信網試點建設工作。南通如東縣供電公司作為江蘇省的三家試點單位之一，重點開展了TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶專網的建設工作。目前，該無線寬帶系統已竣工投運，各項指標均能滿足電力系統業務要求，證明了無線專網在電力系統中的應用是可行的。

一、業務應用分析

如東TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶專網目前重點試點開展配電自動化、分布式電源控制等生產控制大區業務。

1.1配電自動化業務

1）配電自動化。配電自動化基于對各配電終端信息的采集，實現對配電系統的監測與控制，并通過對采集數據的分析計算和相關應用系統的信息集成，實現對配電網的輔助科學管理。2）配變監測。配變監測實現配電網10kV公用配電變壓器的監測，通過采集配變和開關的運行狀態、電能質量監測，并對采集的數據實現管理和遠程傳輸，以提高配變的運行管理水平，降低配電線路損耗。

1.2分布式電源控制

分布式電源控制實現對分布式電源的并網斷路器、升壓變壓器、逆變器的運行狀態進行檢測，并對采集的數據實現管理和對設備遠程進行控制。

二、TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶系統概述

LTE（Long Term Evolution，長期演進）技術采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。LTE技術具有非視距傳輸能力強、抵抗自然災害能力強、傳輸距離遠、帶寬大、不受限于地面線路結構等諸多優點，能針對配電自動化、計量自動化以及配電網視頻監控業務等需求，能夠在非視距的條件下為用戶提供多場景下的高帶寬無線數據接入，以及VOIP、視頻監控等多種增值業務，改善電網整體工作性能和效率。

三、TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶系統在如東電力通信網中的應用

3.1通道組織

如東TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶系統按I、II區網絡配置，主要傳輸配網自動化信息，業務需從配電終端傳送至如東供電公司，網絡分為接入層和骨干層兩層，其通道組織如下：接入層通道為配變終端至骨干層節點的傳輸通道，擬采用無線寬帶方式，技術體制采用TD-LTE，頻點選用1.8GHz。配電終端配置無線寬帶數傳終端，通過本工程新建無線寬帶系統將信息接入基站。骨干層將利用如東骨干通信網接入層網絡，無線寬帶系統基站信號接入如東PTN傳輸網傳送至如東縣供電公司。

3.2基站設置及覆蓋仿真

考慮覆蓋范圍要求并按利用如東供電公司自有物業設置基站的原則，本次5個基站分別設在供電公司大樓、微波站、掘南變電所、掘港供電所、配送中心，天線掛高均為45米。綜合考慮本期基站擬建設的位置、覆蓋區域無線環境、天饋線條件等因素，通過系統仿真確定整個無線寬帶系統的覆蓋范圍。

1、系統參數。本次系統仿真采用同頻組網，小區帶寬為5MHz，小區發射功率為46dBm，噪聲系數為3dB，采用4*4MIMO多天線，RS信號功率12.2dBm，調制編碼方式采用自適應調制編碼（AMC），采用水平波瓣3dB寬度為65度的定向智能天線對定向站進行仿真。

2、無線傳播仿真模型。本次無線網絡規劃的傳播模型如下公式所示，其中k1～k7的取值根據標準Cost231模型轉換而來。標準宏小區傳播模型：

其中，

Path_Loss：傳播路徑損耗中值（dB）

d：接收機和發射機之間的距離（km）

Clutter_Loss：地物衰減修正值

Hms：移動臺天線有效高度（m）

Heff：基站天線有效高度（m）

表1 區域傳播模型（Aircom格式）

區域類型 K1（dB）

衰減常數 K2

距離衰減常數 K3

移動臺天線高度修正因子 K4

移動臺天線高度修正因子 K5

基站天線高度修正因子 K6

基站天線高度修正因子 K7

繞射修正因子

城區環境 156.61 44.9 0 0 -13.82 -6.55 0

郊區環境 151.67 44.9 0 0 -13.82 -6.55 0

3、覆蓋仿真分析。RSRP（RS Received Power，RS接收功率）是衡量RS信號（Reference Signal，參考信號）覆蓋的一個基本參數，這里的RSRP值是指每RE（Resource Element，資源粒子）的RS信號接收功率。只有RSRP達到了一定的門限，才能進行后續的業務性能的分析。本次覆蓋仿真將采用通過對5座基站RSRP的仿真，得到了基站覆蓋的范圍。站點覆蓋仿真結果如圖1。

根據該區域RSRP仿真圖層統計，覆蓋區域內的信號強度統計結果如表2所示。

表2 RSRP覆蓋統計

RSRP強度（dBm） 區域面積（km2）

-115.00 <= x < -110.00 dBm 81.670

-110.00 <= x < -105.00 dBm 49.025

-105.00 <= x < -100.00 dBm 29.070

-100.00 <= x < -95.00 dBm 16.384

-95.00 <= x < -90.00 dBm 8.544

-90.00 <= x < -85.00 dBm 3.580

-85.00 <= x < -80.00 dBm 0.665

4、結論。本次仿真中根據如東地區五座基站的分布位置的具體無線環境劃分5座基站的各扇區仿真環境。配送中心離城區較遠，周圍無明顯建筑物遮擋，仿真中將配送中心的朝北的扇區定義為郊區環境，其他兩個扇區及城區四座基站的扇區定義為城區環境，仿真結果如圖3.2-1所示。

工作在1.8GHz頻段的TD-LTE無線系統，當RSRP>=-115dBm時，系統室外覆蓋面積大約為81.67km^2。當RPRP=-110dBm時，城區環境的小區覆蓋半徑為1.9km，郊區環境的小區覆蓋半徑為3.89km。而根據鏈路預算結果，本系統是上行業務受限，估算的覆蓋小區半徑城區環境為1.69Km，郊區環境為3.79Km。鏈路預算和仿真的差別很小。

3.3系統配置

如東縣供電公司無線寬帶系統建設包括核心網、基站系統、終端設備。核心網設備實現業務數據的傳輸，接入網絡的控制管理；終端設備實現業務數據的匯聚和上傳，控制信息的接收和發送；基站系統完成上下行基帶信號處理，提供無線覆蓋，終端設備的接入控制等。

四、關鍵問題

4.1頻譜資源

頻譜資源作為不可再生資源，是無線通信技術的基礎。根據工信部無函[2013]492 號文，可用于電力無線寬帶專網建設的頻段有1 790～1 795 MHz的5 MHz帶寬，223～235 MHz 的40 個25kHz 離散頻點，就本工程實際應用情況來看，頻譜資源申請難度較大，如何更進一步提高頻譜效率，保證系統吞吐量顯得尤為重要。

4.2安全防護

根據《電力二次系統安全防護規定》（電監會5號令）及《電力二次系統安全防護總體方案》（電監會[2006]34 號文）的要求，將中低壓智能配電網各業務系統分為生產控制大區與管理信息大區，對各類型業務進行安全分區，采用各種隔離認證措施保障電網二次系統安全。無線寬帶系統可通過用戶鑒權、空中接口加密等軟件技術，滿足系統安全防護要求。

五、后續工作

5.1 多頻組網

配電業務類型、安全分區要求和可申請頻譜資源分布不均，這些為多頻共同組網提出了應用需求，未來可針對業務類型和覆蓋區域特點進行多頻組網。對于生產控制大區中配網自動化、用電信息采集等流量需求較小，地域分布較為分散的業務，考慮采用230MHz頻率組網；對于管理信息大區中配網智能巡檢、視頻監控等業務采用1.8GHz頻率組網。參照配電網供電區域劃分，對于A+、A、B這類業務流量大，無線傳輸條件相對較差的城市區域，考慮采用1.8GHz頻率組網；對于C、D這類業務流量不大，無線傳輸條件較好的郊區或農村區域，考慮采用230MHz頻率組網。

5.2 設備支持

核心網設備需進一步降低功耗水平，滿足未來綠色電網的要求；同時可以考慮支持不同頻率之間的平滑切換，即同時支持不同頻率系統的應用需求，這樣不僅節省投資，同時又便于實施。終端設備需增加業務支持能力，重點實現集語音調度、視頻回傳、數據錄入、人員定位為一體的綜合智能巡檢業務功能，可以更好地支撐應急單兵搶修等智能巡檢管理業務。

六、結論

TD-LTE 1.8GHz無線寬帶專網通信與公網無線通信方式相比，具有傳輸速率高，實時性強，保密性強，可管理性高等優點。TD-LTE 1.8GHz無線寬帶專網與電力光纖主網互為補充，又能獨立承載業務，為智能配用電業務的在縣域配電網的應用提供了良好的示范作用。

參 考 文 獻

[1] 李文偉，陳寶仁，吳謙，等.TD-LTE 電力無線寬帶專網技術應用研究[J].電力系統通信2012，33（241）：82-87.