基于無線TD-LTE技術(shù)的配電通信網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用解決方案

孫敏

（國(guó)網(wǎng)福州供電公司福州電業(yè)信息科技有限公司 350001）

基于無線TD-LTE技術(shù)的配電通信網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用解決方案

孫敏

（國(guó)網(wǎng)福州供電公司福州電業(yè)信息科技有限公司 350001）

引入采用TDD技術(shù)的LTE第四代無線寬帶通信系統(tǒng)，建設(shè)基于1.8G頻段的TD-LTE電力無線寬帶通信接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試點(diǎn)區(qū)域無線覆蓋，避免因條件所限的光纜建設(shè)、租用通信資源的大量資金投入，以滿足配網(wǎng)自動(dòng)化等綜合通信業(yè)務(wù)需求，滿足電網(wǎng)通信專網(wǎng)專用的要求。

TD-LTE；配電通信網(wǎng)絡(luò)；OFDM；MIMO；解決方案

1 項(xiàng)目背景

配電網(wǎng)分布式結(jié)構(gòu)的限制——網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，通信點(diǎn)多、通信設(shè)備工作環(huán)境差等特點(diǎn)，面向用戶側(cè)乃至最后一公里的通信網(wǎng)絡(luò)資源卻極其匱乏，已成為電網(wǎng)建設(shè)的瓶頸，光纖布放難度大，覆蓋無法到達(dá)，無法大面積提供覆蓋，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電網(wǎng)，電網(wǎng)與用戶之間的互動(dòng)比較困難。因此單一的光纖通信方式已經(jīng)不能滿足配電側(cè)業(yè)務(wù)全覆蓋、全采集、全費(fèi)控的需求，需要開展以光纖通信為主、無線通信為輔相結(jié)合的復(fù)合通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用嘗試，以更好的開展配網(wǎng)自動(dòng)化等業(yè)務(wù)。

2 項(xiàng)目目標(biāo)

本項(xiàng)目將采用TDD技術(shù)的LTE第四代無線寬帶通信系統(tǒng)，建設(shè)基于1.8G頻段的TD-LTE電力無線寬帶通信接入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試點(diǎn)區(qū)域無線覆蓋，避免因條件所限的光纜建設(shè)、租用通信資源的大量資金投入，以滿足配網(wǎng)自動(dòng)化等綜合通信業(yè)務(wù)需求，滿足電網(wǎng)通信專網(wǎng)專用的要求。

3 TD-LTE總體描述

3.1 TD-LTE系統(tǒng)架構(gòu)

相對(duì)2G、3G無線通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，TD-LTE取消了RNC單元，同時(shí)采用全I(xiàn)P的扁平化架構(gòu)：

（1）eNodeB與EPC通過S1接口連接；

（2）eNodeB之間通過X2接口連接；

（3）eNodeB與UE之間通過Uu接口連接。

3.2 系統(tǒng)性能

（1）通信速率高，TD-LTE實(shí)現(xiàn)了峰值速率的顯著提高。

（2）頻譜效率高。

（3）具有較好移動(dòng)性。

（4）覆蓋范圍廣。

（5）延遲小。

（6）兼容性好。

（7）架構(gòu)簡(jiǎn)單，服務(wù)質(zhì)量高。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

TD-LTE在目前3G標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了新的空中接口和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以進(jìn)一步提高用戶傳輸速率、系統(tǒng)帶寬和覆蓋范圍，同時(shí)降低時(shí)延和運(yùn)營(yíng)商的成本并提供對(duì)不同無線頻譜帶寬的支持。LTE引入了以下行OFDMA、上行SC-FDMA為代表的物理層接入技術(shù)，并全面支持MIMO，可以在20MHz帶寬的頻率上實(shí)現(xiàn)下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率。

4 電力TD-LTE無線寬帶網(wǎng)絡(luò)解決方案

電力通信網(wǎng)絡(luò)采用分層的架構(gòu)，主要由骨干核心層與接入層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。骨干核心層又可分為傳輸網(wǎng)及城域核心網(wǎng)，主要覆蓋發(fā)電、輸電、變電等環(huán)節(jié)。接入層網(wǎng)絡(luò)是各地供電公司骨干通信網(wǎng)的延伸，主要覆蓋配電及用電環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)范圍以各地供電公司骨干通信網(wǎng)的相關(guān)變電站為通信接入點(diǎn)，同時(shí)向下逐漸覆蓋到配電網(wǎng)開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、公用配電變壓器、線路等以及網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)變變壓器、工商業(yè)及居民用戶表、智能交互終端、電動(dòng)汽車充電站和分布式能源站點(diǎn)，最終將深入到用戶家庭內(nèi)的智能家電等相關(guān)設(shè)備（如圖1）。

圖1 電力通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

針對(duì)目前需要解決“最后一公里”接入的需求，亟需建立一個(gè)實(shí)用、可靠、實(shí)時(shí)、覆蓋面廣、靈活性好的無線接入平臺(tái)，能同時(shí)解決輸電、配電、用電等多個(gè)環(huán)節(jié)的通信需要。

4.1 配電自動(dòng)化TD-LTE解決方案

配電自動(dòng)化是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。智能電網(wǎng)的投資構(gòu)成上，配網(wǎng)自動(dòng)化將占40%左右，是智能電網(wǎng)投資的重中之重。我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)化處于初級(jí)階段：配網(wǎng)自動(dòng)化在我國(guó)處在起步階段，國(guó)內(nèi)城市配網(wǎng)饋線自動(dòng)化率不足10%，目前國(guó)外配網(wǎng)自動(dòng)化的比例達(dá)到60～70%，國(guó)內(nèi)仍剛剛開始試點(diǎn)。

考慮到當(dāng)前在福州電網(wǎng)的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，眾多的配變、用戶變、箱變、開閉所、配電變壓器、柱上開關(guān)等電氣設(shè)備地域分布廣、種類多、運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜、自然條件惡劣，對(duì)大量的RTU、FTU、DTU、TTU等終端計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行覆蓋的通信接入手段嚴(yán)重不足，建議采用TD-LTE無線寬帶網(wǎng)絡(luò)接入這些設(shè)備，提高配電自動(dòng)化能力。

圖2 配電自動(dòng)化TD-LTE解決方案

RTU、FTU、DTU、TTU等終端計(jì)量點(diǎn)可以通過RS232/RS485/FE連接到CPE設(shè)備上，通過TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)承載，完成和配電自動(dòng)化系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

4.2 電力TD-LTE無線寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

4.2.1 建設(shè)方案簡(jiǎn)介

無線數(shù)據(jù)專網(wǎng)采用TD-LTE作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，TD-LTE的基站eNB將通過有線專網(wǎng)的光纖鏈路就近接入專網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)（PE節(jié)點(diǎn)），和核心機(jī)房EPC進(jìn)行互聯(lián)互通，項(xiàng)目建設(shè)的整體拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 TD-LTE試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（1）EPC核心層配置1套核心網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)置在通信機(jī)房，主要完成用戶數(shù)據(jù)的傳輸、系統(tǒng)接入控制、移動(dòng)性管理等功能；

（2）承載層則充分利用現(xiàn)有的MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)（或IP網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)；

（3）無線接入層建設(shè)1套基于1.8GHz頻段的TD-LTE無線基站，每個(gè)站點(diǎn)三個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)采用8通道天線；

（4）無線接入層各基站通過承載網(wǎng)采用GE接口就近高速接入對(duì)應(yīng)變電站（或分局）MSTP設(shè)備（或IP設(shè)備），通過承載網(wǎng)（MSTP/IP）與EPC核心層進(jìn)行互聯(lián)互通。

本期無線網(wǎng)使用1785～1805MHz中的5MHz連續(xù)可用帶寬，采用同頻組網(wǎng)方式進(jìn)行組網(wǎng)。

4.2.2 建設(shè)目標(biāo)

本期無線網(wǎng)的覆蓋質(zhì)量滿足以下指標(biāo)的要求：

（1）覆蓋區(qū)內(nèi)無線可通率應(yīng)滿足覆蓋區(qū)內(nèi)的終端在90%的位置和99%的時(shí)間可以接入網(wǎng)絡(luò)，而無線覆蓋區(qū)邊緣的通信概率應(yīng)大于85%；

（2）要求在覆蓋區(qū)域內(nèi)，TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率應(yīng)滿足RSRP＞-105dBm的概率大于95%；

（3）在不高于10m/s的中低速率移動(dòng)場(chǎng)景下，覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶處于小區(qū)邊緣時(shí)能提供上行不低于512Kbps的數(shù)據(jù)傳輸能力；

（4）基站設(shè)備工作在1.8GHz頻段時(shí)，基站系統(tǒng)單天線最大發(fā)射功率不少于12W，天線增益為17dBi±1，并支持以1dB的粒度進(jìn)行發(fā)射功率調(diào)整；

（5）基站應(yīng)支持三扇區(qū)配置，每扇區(qū)支持120°覆蓋；

（6）基站系統(tǒng)應(yīng)支持靈活的上下行比例配置；

（7）基站的接收靈敏度應(yīng)優(yōu)于-105dBm；

（8）在5MHz工作帶寬下基站單扇區(qū)應(yīng)支持300個(gè)以上激活用戶，200個(gè)以上在線用戶；

（9）在5MHz工作帶寬，上下行峰值吞吐量應(yīng)大于10Mbs以上，單終端的上下行峰值吞吐量達(dá)到2Mbps以上；

（10）基站單小區(qū)滿足覆蓋半徑為2KM。

本期核心網(wǎng)絡(luò)滿足以下指標(biāo)要求：

提供10萬用戶、20萬EPS承載和3Gbps吞吐量高性能處理。

5 總結(jié)

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已成功試點(diǎn)應(yīng)用于2012年福州地區(qū)配電自動(dòng)化項(xiàng)目中，項(xiàng)目在福州地區(qū)總機(jī)房設(shè)置一個(gè)無線TD-LTE網(wǎng)核心網(wǎng)主站（包含服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、工作站及網(wǎng)管軟件等設(shè)備）。根據(jù)試點(diǎn)區(qū)域中的10個(gè)配電設(shè)施所處的地理位置，通過各種技術(shù)手段，使用基站調(diào)試和干擾分析測(cè)量?jī)x器，測(cè)試選擇一個(gè)適合安裝基站的位置，分別安裝一臺(tái)CPE（站房無線通信終端）。具體詳見拓?fù)鋱D如圖4。

圖4

總之，本項(xiàng)目的研究實(shí)施不僅能夠?qū)崿F(xiàn)配用電通信的應(yīng)用創(chuàng)新突破，促進(jìn)配用電通信及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的形成，而且能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)配用電通信網(wǎng)整體解決方案提供LTE寬帶無線應(yīng)用支持，最終為智能電網(wǎng)配用電側(cè)建設(shè)提供經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠的一體化電力專網(wǎng)信息通信平臺(tái)。

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