LTE 230MHz電力無線專網在晉江電力通信中的應用研究

葉新生

摘要：本文研究并設計基于LTE 230MHz電力無線專網通信系統，通過性能測試驗證了LTE 230MHz電力無線專網通信系統對230MHz頻段的高效利用，為國家優質頻率資源分配及電力無線專網大規模建設提供參考。

關鍵詞：電力無線專網；網絡架構；性能測試；頻譜感知

引言

為適應國家能源互聯網發展戰略，滿足日益增長的配電自動化、用電信息采集、分布式電源、電動汽車充電站（樁）、配變監測、電能質量監測等基礎業務應用，以及移動巡檢、配網搶修、智能家居等擴展業務綜合接入通信需求，建立高速、靈活、開放、安全和多元化的終端通信接入網（以下簡稱接入網）迫在眉睫，電力無線專網作為終端通信接入網的重要組成部分，是智能電網發展的重要支撐。

一、基于LTE 230MHz電力無線專網組網設計

根據福建晉江接入網現狀，文章基于LTE-G 230MHz的電力無線專網網絡架構進行設計，由接入層、匯聚層、核心層和應用層共同組成，如圖一所示。

接入層主要由LTE230MHz無線通信終端、安全接入單元、電力業務終端組成，無線終端根據接入業務帶寬分為窄帶終端、寬帶終端、集群終端，其中窄帶終端接入用電信息采集和配網自動化等電力基礎類業務，寬帶終端為站房綜合監控業務，集群手持機為應急語音業務。匯聚層主體為LTE230MHz無線基站及傳輸回程網。

針對不同種類電力業務終端對通信接入實時性、可靠性等指標要求的不同，對不同等級的業務終端需進行各自的優先級設定，且系統在分配資源過程中，調度器要根據用戶的優先級以及信道質量的變化對用戶進行合理地資源分配，確保優先級高的用戶具有資源分配的優先權，以降低傳輸時延。

二、性能仿真測試

（一）網絡性能關鍵指標

（1）小區吞吐量與覆蓋半徑驗證。沿金井供電所基站覆蓋范圍徑向選取多個測試點以驗證無線專網通信距離與吞吐量的關系，根據測試結果表明：信號最佳測試點上行吞吐量為5.61Mbps，下行吞吐量為1.87Mbps。邊緣測試點的上行吞吐量為670kbps，下行吞吐量為220kbps。為驗證區域內覆蓋信號質量，進行覆蓋打點測試，通過測試數據得出，域內無線專網覆蓋率達到89.3%，覆蓋良好區域占比61%，覆蓋質差區域占比11%。金井供電所基站的西北方向信號覆蓋到達英林鎮，金井供電所基站的東北方向最遠覆蓋距離為8.5km。金井供電所西南部受山丘地貌遮擋，無線信號較弱。

（2）時延測試驗證。傳統TD-LTE系統的傳輸時延由制面時延和用戶面時延兩部分構成?？刂泼鏁r延指的是建立時延定義為駐留狀態（IDLE）到連接狀態的遷移以及從睡眠狀態到連接狀態遷移的時間；用戶面時延主要指處于連接態用戶數據收發存在的時延。傳輸時延測試為在不同傳輸距離下的Ping包時延測試結果：傳輸距離為1km時，平均時延為150ms，最小時延為138ms，最大時延為165ms；傳輸距離為2km時，平均時延為152ms，最小時延為140ms，最大時延為170ms；傳輸距離為3km時，平均時延為155ms，最小時延為143ms，最大時延為172ms；傳輸距離為4km時，平均時延為160ms，最小時延為145ms，最大時延為175ms；通過對以上數據進行分析得知，系統時延隨距離的變化不明顯，平均時延保持在150ms-158ms之間。

為了驗證數據包大小對時延的影響，在時延測試中通過改變傳輸數據包大小，分別以低壓集抄、專變負控、線路故障指示器、環網柜DTU的業務數據包進行模擬測試，其結果如下：當低壓集抄數據包為32byte時，數據傳輸時延為150ms；專變負控數據包為78byte時，數據傳輸時延為168ms；環網柜DTU數據包為52 byte時，數據傳輸時延為163ms；線路故障指示器數據包為32 byte時，數據傳輸時延為1503ms；通過以上數據可看出系統傳輸時延會隨數據包的大小在150ms至168ms之間產生變化。

（3）通信成功率。通信成功率驗證包括通信鏈路建立成功率、終端在線率、丟包率。鏈路建立成功率為開機附著成功率，測試方法為在信號好點、中點和差點分別進行50次開機附著，記錄成功附著次數，測試結果均為附著成功率為100%。終端在線率統計LTE230MHz系統內在線終端與簽約終端的比率。從LTE230MHz網管中進行統計，結果具體包含集中器抄終端在線數50，專變負控終端線數50，線路故障指示器終端在線數50，DTU終端在線數20，站房綜合監控終端在線數6，應急指揮集群調度手持終端在線數10，以上合計在線數為186，其中簽約終端數為186，在線率達到100%。

（二）頻譜感知及干擾規避技術驗證

用電信息采集業務適配性驗證包括低壓集抄和專變負控2類用采營銷業務。內置通信模塊的方式替換集中器公網通信模塊，實現居民采集業務從公網信道到專網信道的轉換。對晉江供電公司供區范圍內用電信息采集日采集成功率統計，無線公網信道用電信息采集成功率為99.19%，LTE230MHz無線專網的日采集成功率為99.57%；無線公網的專變負控日采集成功率為99.72%，LTE230MHz無線專網的日采集成功率為100%。

配電自動化業務驗證包括環網柜DTU“三遙”和線路故障指示器“二遙”兩種業務。DTU采用LCM203無線專網模塊，故障指示采用BRU無線專網模塊。無線公網信道的線路故障指示器“二遙”業務在線率為99.16%，LTE 230無線專網的在線率為99.98%。無線專網承載的環網柜DTU遙控成功率100%，在線率98.84%，平均返校時延6.93秒，在線率99.84%。

結論

本文對福建晉江終端通信接入網現狀，研究并設計了基于LTE 230MHz的電力無線專網建設方案并將其成功應用于晉江地區配用電業務的承載。通過現場試運行和測試驗證證明，基于230MHz頻譜資源，采用TD-LTE技術的電力無線專網通信系統是實現終端通信多業務承載比較理想的解決方案。

參考文獻：

[1]孫圣武，程遠.面向業務覆蓋的LTE電力無線專網研究[J].電力信息與通信技術，2015，（04）：6-10.

[2]張葉峰.TD-LTE技術在電力無線通信系統中的應用[D].華北電力大學，2015.

[3]曹津平，劉建明，李祥珍.面向智能配用電網絡的電力無線專網技術方案[J].電力系統自動化，2013，37（11）：76–80.