基于LTE230的電力無線通信專網分析

閆成超

（國網湖南省電力有限公司湘西供電分公司，湖南 湘西 416000）

0 引 言

配電網與人們生活密切相關，發展安全且高效的智能電網至關重要。當前，在通信業務領域，互聯網寬帶技術逐漸普及。LTE230系統是一種基于TD-LTE技術，并以230 MHz電力專用頻點為傳輸基礎的通信系統。該系統能夠有效增加容量，提升傳輸效率，保證業務數據傳輸的安全性和高效性[1]。因此，亟需對基于LTE230的電力無線通信專網進行深入研究。

1 電力無線通信的現狀

隨著科學技術的快速發展，無線網通信技術日漸完善。其主要優勢體現在可在各種較為惡劣的環境下正常運行，靈活性與拓展性均較好，維護方便，具有極大的推廣應用價值，有利于進一步提升我國通信服務水平[2]。

現階段，由于不少電力網絡在建設初期未能夠實施科學規范，存在國家電力通信體制較為混亂與通信性能較差問題，給現有光纖通信技術的發展造成一定的阻礙。因此，電力公司與相關機構均投入了大量的資金、人力與物力，不斷研究與開發新型網絡通信技術，嘗試將各種先進的通信技術應用于電力領域中，以期進一步提高我國電力網絡發展水平，為人們提供更加可靠的電力服務。

2 230 MHz頻段

根據國家相關規定，在無線通信遙測、遙控與數據傳輸等業務的推廣應用中，要求采用223.025～235.000 MHz頻段，共計12 Mbit/s帶寬與480個頻點，規劃為單頻、雙頻組網頻段。其中，2.5 MHz頻段為能源、軍隊、氣象、地震、水利、地礦、輕工以及建設等行業專用。而1 MHz（40個25 kHz離散頻點）配用于電力負荷監控，是授權頻點最多的行業，其余9 MHz可由不同行業根據自己的業務需求單獨申請使用。

2013年工信部無函〔2013〕492號文件頒發，明確提出電力負控230 MHz頻譜資源使用政策；2016年工信部發布無函〔2016〕218號、219號文件頒發，支持3.5 MHz頻譜230 MHz電力無線專網試點，為230 MHz頻譜帶寬的推廣應用提供先期測試。

3 無線通信專網的實現技術

3.1 載波聚合技術

在無線通信系統應用過程中，系統分配的頻點數量并不多，在傳統的數傳電臺運行中，通常只有一個頻點可以進行數據傳輸。通過將載波聚合技術應用于LTE230系統，當頻帶為離散的窄帶時，能夠將多個離散的信道作為成員載波，同時，還能夠聚合分散的成員載波，統一分配給電力用戶，以此產生高于原有窄帶系統很多倍的傳輸寬帶，提升寬帶傳輸效果。與LTE-A系統相比，LTE230系統應用的載波聚合技術為混合形式，即在物理層中，同一個用戶的子載波共用一個傳輸塊，這樣不僅能夠加快數據傳輸效率，還能夠提升頻譜效率。子載波的數據流在MAC層中發生聚合，用戶能夠應用獨立的傳輸塊，因此，用戶可以進行單獨調制，有效提升調度控制水平。此外，載波聚合技術可以將多個成員載波進行聚合，且不需要再次調制編碼方案或者設計物力信道，提升了LTE230系統的載波承載數據水平。

3.2 正交頻分多址技術

實際應用正交頻分多址技術時需要調制OFDMA各子載波。由于可以采用FFT技術實現多個載波之間的重疊，可以做到時間、頻率的同步，同時，由于該技術采用上行鏈路的功率控制形式，能夠最大程度降低干擾，提升系統傳輸效率。在應用OFDMA多址技術時，需要使用載波間的保護頻帶，因而會在一定程度上影響頻譜效率，對此，可運用正交頻分多址技術將信道劃分為多個信道，并結合各個信道的實際情況，合理分配傳輸功率，從而增加系統容量，提升頻譜效率。

3.3 自適應重傳技術

自適應重傳技術是一種先進的物理層技術，能夠將自動重傳請求與前向糾錯進行有效結合。通過將其應用于系統運行中，可在一定的信道條件基礎上改變傳輸效率，且應用效果不會受到暫態信道測量結果與時間的影響。同時，自適應重傳技術可根據信道條件變化形式，選擇合適的調制模式與編碼方式。在LTE230系統實際應用中，高強度影響會對信道條件造成不良影響，而應用低階調制模式，可以降低數據傳輸速度，保證數據傳輸的準確性。如果信道條件比較差，則可以應用高階調制模式，增加頻譜利用，促進傳輸效率的提升。

4 電力無線通信專網在LTE230系統下的構建

4.1 單基站覆蓋的優勢

鑒于電網分布范圍廣且布局分散，采用單基站覆蓋形式可以有效減少相同覆蓋面積下的基站數量，優化網絡結構，有助于實現網絡之間的無縫對接，強化網絡覆蓋。覆蓋能力是檢驗通信網絡性能的重要指標，對網絡建設成本也有直接影響。因此，進行電力無線通信專網建設時需要重點考量覆蓋能力。實際測試數據表明，230 MHz頻段的覆蓋能力遠遠高出400 MHz、1 400 MHz以及1 800 MHz等頻段。LTE230系統的工作頻段正是230 MHz，其頻譜呈現出25 kHz窄帶離散梳狀分布的特點，通過對農村、郊區以及城區三種不同的工作環境實施仿真，可分析解調門限、干擾余量以及陰影衰落等方面的性能因素，得出LTE230系統的準確覆蓋能力。LTE230覆蓋半徑如表1所示。

4.2 LTE230系統在電力業務中的適用性

在電力無線通信專網建設中應用LTE230系統，需要明確業務特點。通常，在智能電網配用電側，會同時存在小寬帶與大寬帶，其中小寬帶最主要。此外，終端種類復雜，數量較多，分布分散，為滿足實時性要求，必須對業務進行分級管理。在LTE230系統下存在SPE系列的高性能終端與LCM系列的低性能終端。其中，SPE可以在檢修、搶修以及可視化管理等高速率的大帶寬業務中應用，而LCM主要用于負荷控制、信息采集等低速率的小帶寬業務。同時，LTE230系統可以支持超過2 000個終端同時在線通信，是常規通信系統的5倍，可滿足電力系統龐大的業務需求。LTE230系統也可以針對不同類型的電力業務進行分級管理，區別出不同業務之間的操作流程與順序，提升業務處理效率。

4.3 LTE230系統的傳輸速率

傳統的數傳電臺230頻段僅能使用單一的頻段資源，效率低，最大速率僅為19.2 kb/s，不能滿足電力無線通信專網發展的實際需求。如果采取提高數據采集頻率的形式來實現階梯電價或分時電價，會導致電力系統的通信量大幅攀升，且若要進一步開發視頻傳輸功能，數據傳輸速率至少要達到200 kb/s才能滿足業務需求，這是當前的電力無線通信專網無法實現的。而LTE230系統的頻譜資源具有窄帶離散與梳狀無規則的分布特點。其基礎是LTE核心技術，可將未連續分配的載波聚合，進而統一分配給電力用戶，保證寬帶傳輸效果[3]。此外，在LTE230系統應用過程中，可根據電力業務的不同，靈活選擇聚合程度以及是否進行聚合，實現頻段資源的高效利用。在LTE230系統中，電力無線通信專網的上下峰值可到15 Mb/s和6 Mb/s。

5 結 論

LTE230系統的覆蓋范圍大，且應用成本較低，能夠有效滿足人們對電力配網無線通信的需要，提升用電信息采集系統的承載能力。