電力無線專網規劃及優化研究

摘 要：為保障電力業務應用需求情況下電力無線專網通信性能，需針對無線專網網絡覆蓋性能進行規劃并優化以滿足電力業務需求。本文依據1800MHz無線專網技術體制為例，針對電力業務特征分析其對無線專網網絡覆蓋性能要求，并依據業務種類、業務實時性、業務帶寬、業務分布及業務周邊建筑環境等因素提出電力無線專網建設規劃建議，并對網絡優化過程涉及的網絡覆蓋調整、無線干擾進行介紹，并提出網絡優化干擾整治方案，為LTE電力無線專網規劃及運維提供指導意見。

關鍵詞：TD-LTE；電力業務需求；無線規劃；覆蓋優化；干擾整治

中圖分類號：TN929.5；TM73 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0062-03

Research on Planning and Optimization of Power Wireless Special Network

KONG Weiwei1，LUO Xiannan1，JIA Peng1，YU Jiaqian2，ZHANG Zhengyan1，BI Shanyu1

（1.NARI Group Corporation （State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211000，China；

2.Nanjing University，Nanjing 210023，China）

Abstract：In order to ensure the communication performance of power wireless special network under the demand of power service application，it is necessary to plan and optimize the coverage performance of the wireless special network to meet the demand of the power service. This paper，based on the 1800MHz wireless special network technology system，analyzes its performance requirements for the wireless special network according to the characteristics of the power service，and puts forward the proposals for the construction of the power wireless special network based on the types of business，the real-time performance，the service bandwidth，the service distribution and the surrounding building environment，and the network optimization. The network coverage adjustment and wireless interference are introduced，and the network optimization interference regulation scheme is proposed to provide suggestions for the planning and operation of the LTE power wireless special network.

Keywords：TTD-LTE；power business demand；wireless planning；coverage optimization；interference remediation

0 引 言

無線通信作為電力終端通信接入網的重要技術之一，無線公網及230MHz數傳電臺已在電力營銷、運檢等業務系統中得到了大規模應用。目前，很多省市公司已經開展了3/4G電力專網試點應用，如3G（WiMAX，McWILL）及4G TD-LTE等。業務應用領域包括傳統配用電業務及新型智能電網業務等。無線通信在電力應用取得一定成果的同時，其存在的一些問題也逐步暴露出來。例如：現有無線網絡規劃依據為覆蓋邊緣速率-128kbit，該目標對電力全業務接入包含圖像、視頻相關的適配性較差；網絡優化以廣覆蓋為目標，較少考慮對覆蓋區域無線性能優化，同時存在干擾對網絡的性能影響等。

因此需對以覆蓋面積為目標的建網模式進行改變，本文以1800MHz TD-LTE無線專網規劃及優化為例，并提出適配企業接入電力無線專網業務的建站模式。

1 電力無線業務需求分析

1.1 業務需求

業務傳輸內容[1-3]：無線專網承載主要包括數據、語音、圖片及視頻類，各類基本業務對無線專網需求如下：

（1）語音業務8～64kbps；無線通道時延低于300ms；丟包率小于10-2；（2）視頻業務384kbps～2Mbps；無線通道時延低于300ms；丟包率小于10-2；（3）數據業務64kbps～2Mbps；無線通道時延低于300ms；丟包率小于10-2；（4）圖片業務64kbps～2Mbps；無線通道時延低于300ms；丟包率小于10-2。

業務應用需求：主要體現在業務安全等級[1-4]、業務實時性及帶寬等需求。

（1）生產類業務如配電自動化、精準負荷控制等控制類業務歸屬于數據業務，實時性較高（500ms-3s），無線專網應給予更高的QoS等級劃分；（2）管理類業務如用電信息采集類、工業負荷控制歸屬于數據業務，實時性一般（分鐘級及以上），無線專網QoS等級一般；（3）管理類業務如視頻監控、移動作業、巡檢機器人等業務是語言、視頻、圖像及數據類等綜合的業務，體現在帶寬需求上，同時也要提供一定的QoS保障。

1.2 業務場景分布

城市場景相對農村郊區，覆蓋較難。重點分析城市區域業務場景分布[3]。

（1）居民住宅區。主要業務為居民用電信息采集，兼顧配電自動化、充電樁、臺變檢測、配電房巡檢機器人及智能家居業務。已配電房、環網柜及桿變等形式分布在小區樓宇間，部分業務站點分布在地下等區域，屬于樓宇密集、高遮擋區域。（2）工業區。包含工業負荷控制、精準負荷控制、配電自動化等業務。主要以配電房形式分布在廠房周邊，屬于較開闊，無遮擋區域。（3）變電站/所及配套線路。屬于電力生產輸變電環節。涉及輸變電狀態檢測、變電站巡檢機器人、變電站動環監控等業務。在變電站/所建筑內部及配套傳輸線路上。

2 電力無線網絡覆蓋規劃

2.1 邊緣信號強度

以往無線專網建設以網絡邊緣速率為參考依據[6-9]，實踐證明，網絡規劃仿真階段，邊緣速率往往僅體現在主干道路、居民小區邊緣等室外場景。當前制定網絡邊緣速率過低，僅能支持基本數據及語音傳輸。為滿足后續新增大帶寬及實時要求，需進行局部補盲增強。對于分布在室內、有遮擋室外業務站點區域，無線覆蓋也將受到一定衰減。典型場景信號衰減值如表1所示。

依據上述典型業務站點分布場景，無線信號進入室內典型衰減在3-18dB，為確保室內無線專網邊緣速率達-128bits，在規劃仿真時，室外邊緣RSRP值建議預留10dB冗余。部分室內衰減較大的場景建議通過信號延伸方案解決。

2.2 單扇區覆蓋業務數量

綜合考慮業務帶寬、及給予該業務的無線資源進行規劃。1800MHzTD-LTE為適配上述業務，需跟據各類電力業務站點分布，進行流量斷層統計，以往流量斷層往往以基站為單位。現場存在部分小區站點稀疏，部分小區站點密集的情況，以基站為斷層流量統計方法存在局限性。建議在以小區為流量斷層統計基準單位。

以1800MHz技術制式的5MHz帶寬為例，按照業務隔離要求，對無線專網進行物理資源分配。將5M資源安裝1：1：3的資源配比（可根據業務實際需求進行分配）分配給控制類業務1如精準負荷控制、控制類業務2如配電自動化“三遙”及管理信息類業務，其業務帶寬與無線資源對比如表2所示。

在獨占頻段下參考無線專網承載能力表進行規劃，并考慮一點預量，在共享無線資源下掛業務需統籌考慮。基站回傳網段需考慮基站所帶多個小區的無線網絡側流量統計。

總體規劃需綜合考慮業務類型、業務中的分布等情況，有差異化的進行網絡覆蓋，做到較大比例的完成覆蓋，必要時規劃預留部分補盲站點，作為新增業務覆蓋基站。

3 電力無線網絡優化

網絡優化的目標包括：無線專網網絡覆蓋優化、業務承載容量優化及網絡質量優化。即體現在覆蓋半徑、邊緣速率、電力業務承載容量及網絡穩定性、可靠性等。針對電力系統無線專網網絡優化主要手段為網絡路測、小區區測及單站測試[10]。網絡投運運維后，需要根據業務調整、干擾影響等同步進行網絡調整等工作。網絡優化伴隨網絡建設及運維的一項日常工作，網絡優化流程如圖1所示。

3.1 網絡覆蓋測試

3.1.1 網絡路測

在網絡建成后，該階段路測目標是明確網絡建設是否按照設計/規劃進行建設，如小區PCI規劃是否正確，小區邊緣速率是否達到預期，同時通過SINR反應網絡建成時的干擾情況。同時需關注以下幾方面：

（1）通信終端入網等工作流程是否正確，分配的IP、PLMN號等是否正確；（2）終端在線時長是否滿足業務要求，終端在空閑態轉到激活態是否滿足業務時延要求；（3）移動類終端在進行無線網絡小區切換時的切換成功率及業務是否中斷。

3.1.2 單站測試

網絡路測完成整張網的覆蓋問題，單站測試重點體現在業務承載能力上，同時檢測單站各小區覆蓋范圍、上行速率等。

（1）對單站進行覆蓋。單站各小區覆蓋范圍、上行速率相應小區干擾等；（2）通過PING包時延、FTP上下行吞吐量及并發業務承載等驗證對業務支撐能力；（3）根據小區資源配比，進行壓力測試，驗證是否按預期規劃設定配置網絡。

3.1.3 小區區測

對居民住宅等區域，建議在干道路測基礎上深入進行小區區測。小區區測能深入到業務站點分區域，避免因環境因素導致的無線覆蓋問題。

3.2 干擾排查

1785-1805MHz頻段時分雙工（TDD）方式無線接入系統目前劃分為電力、能源及軌道交通等行業應用，為行業專網應用。

在緊臨邊緣頻段如GSM900/1800系統將1800MHz 4G TD-LTE電力無線專網構成雜散干擾。臨近頻譜如圖2所示。

對于1800M 4G TD-LTE電力無線專網存在干擾如下：

（1）系統內干擾：包括基站小區模3干擾、基站下掛終端對附近小區干擾；（2）系統外干擾：包括1800MHz系統外基站干擾、1800MHz上、下頻率對本系統干擾。

3.3 干擾分析流程

無線頻譜資源是無線通信信道，無線通信干擾即無線頻譜被其他系統使用或干擾，一旦電力無線專網頻譜受到干擾，則會對電力生產造成較大的負面影響。在電力專網建設前，應對該區域的無線環境進行掃頻測試，并到無委會進行報備；在后續應用中檢測到干擾后，需對干擾小區進行干擾分析。

在無線專網網絡運行維護階段，需在基站側建立性能監測任務，收集基站上行干擾數據，時長72小時。借鑒公網運維標準，可設定以下標準：

（1）高于-120dbm即可判定為存在干擾；（2）高于-110 dbm認為干擾使各項指標開始惡化；（3）高于-105dbm認為干擾比較嚴重。

當運行網絡干擾達到上述指標后，需對干擾進行處理。

3.4 干擾優化整治

3.4.1 阻塞干擾整治方法

（1）在受干擾基站上安裝相應頻段的濾波器；（2）增加系統間的物理隔離度，比如升高干擾源基站或受干擾基站的天線高度，使其從水平隔離變為垂直隔離；（3）將受干擾的 RRU更換為抗阻塞能力更強的RRU。

3.4.2 互調干擾整治方法

（1）將干擾源基站天線與受干擾基站天線由水平隔離改造為垂直隔離，其隔離度一般能提升10dB以上；（2）干擾源基站和被干擾基站天線在水平距離達到2米以上，或本就是垂直隔離的情況下，可將干擾源基站天線更換為二階互調抑制度更高的天線。

3.4.3 雜散干擾整治方法

（1）通過增大基站天線與干擾源基站天線的系統間的隔離度，以達到降低干擾的目的，一般可以將水平隔離改為垂直隔離；（2）通過在干擾源基站加裝帶通濾波器來降低雜散干擾。

3.4.4 LTE網內干擾整治方法

（1）降低天線掛高；（2）增加天線下傾角，下傾角的調整可根據目前天線的下傾角、天線掛高、受干擾強度和干擾次數進行綜合分析。

230MHz無線專網干擾整治可參考1800MHz技術制式，其干擾源可能來自230MHz數傳電臺等。

4 結 論

本文就業務需求、網絡規劃及后續網優等流程進行了分析，其中解決業務需求是網絡建設的最終目標，圍繞這個目標需結合業務類型、業務分布、業務終端建筑等特點，再考慮一定網絡冗余度的情況下進行網絡規劃。網絡建設后及網絡使用中的網絡優化是保障無線網絡應用可靠性的必要工作，貫穿整個無線專網生命周期，需實時根據業務變化、周邊建筑變化及干擾等因素進行網絡調整。

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作者簡介：孔為為（1991-），男，江蘇姜堰人，助理工程師，學士。研究方向：電力系統通信技術；羅先南（1985-），男，江西貴溪人，工程師，碩士。研究方向：電力系統通信技術；賈鵬（1989-），男，遼寧營口人，助理工程師，學士。研究方向：電力系統通信技術；于佳倩（1991-），女，江蘇姜堰人，初級研究員，碩士。從事科研管理工作。