基于1.8G的頻段配電自動化TD-LTE專網研究

何志宏

摘 要：以網架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動為特征的堅強智能電網建設進入關鍵時期，對廣泛覆蓋、安全可靠的通信支撐提出迫切需求。 隨著配用電各類生產業(yè)務大規(guī)模的信息化，配網自動化、用電集抄、無人值守可視化管理、應急通信、移動巡檢及辦公等業(yè)務逐漸投入及深化應用，亟需一個穩(wěn)定、可靠、高帶寬、低時延的堅強智能通信網絡作為業(yè)務信息交換的基礎。

關鍵詞：頻段;配電自動化;TD-LTE專網

1.引言

目前一般將光纖作為通信網絡建設的首選，但通信網絡面向用戶側的“最后一公里”線路建設受各方面因素制約，使得面向用戶側的通信線路資源極其匱乏，光纖覆蓋模式無法實現(xiàn)，造成配用電主干通信網與配用電分支站點之間通信互聯(lián)嚴重缺失，成為智能配用電網發(fā)展的瓶頸，并且光纖不能滿足快速增長的移動業(yè)務需求。因此單一的光纖通信方式已經不能滿足配電側業(yè)務全覆蓋、全采集、全費控等相關營銷需求以及配網自動化，而目前通信輔助方式主要是中壓載波通信及GPRS無線公網通信，但中壓載波通信的速率低、通信可靠性低，GPRS無線公網通信的速率低、通信可靠性低、安全性差、租用費用高，使得這兩種技術只能作為替代光纖的過渡方案，而TD-LTE無線專網技術具備高帶寬、高安全性、干擾小、應用靈活等特性，能夠很好地解決“最后一公里”問題及滿足移動業(yè)務需求，因此開展基于1.8G公用頻段的TD-LTE無線專網通信技術研究，能夠更好的為配網自動化、用電集抄、無人值守可視化管理、應急通信、移動巡檢及辦公等業(yè)務深化應用服務。

2. TD-LTE簡介

國內無線頻率中將1.8GHz（1785M-1805M中20M連續(xù)頻率）作為LTE公用頻段，LTE是由3GPP組織制定的全球通用標準，TD-LTE是時分雙工（Time Division Duplexing）分時長期演進的先進技術，包括正交頻分復用（OFDMA）、自適應調制與解調技術、智能多天線技術（MIMO）、波束賦形技術、分布式發(fā)射與分級式接收技術、自適應重傳機制（HARQ）、發(fā)射功率自動控制技術。利用這些技術，TD-LTE可以很好的滿足電力系統(tǒng)無線覆蓋面積廣、終端數(shù)量多、速率傳輸時延小、上行速率高、高安全性等關鍵要求。通過對現(xiàn)有TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax、TD-LTE等技術研究比較，以及對電網的業(yè)務特征與分布、組網經濟性、適應性、演進發(fā)展等方面的綜合分析，建議采用我國具有自主知識產權的TD-LTE第四代移動通信技術作為首選無線接入方式。

TD-LTE在目前標準的基礎上，提出了新的空中接口和無線網絡架構，以進一步提高用戶傳輸速率、系統(tǒng)帶寬和覆蓋范圍，同時降低時延和運營商的成本并提供對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，并全面支持MIMO，可以在20MHz帶寬的頻率上實現(xiàn)下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率。

3.電力行業(yè)的無線通信需求

電網公司有關智能配電通信網和智能用電通信網的研究與實踐應用工作，并設立相關專項，以推進配用電通信網絡的發(fā)展，特別是對電力無線寬帶通信新技術的研究與實踐應用。不同于公眾移動通信網絡，電力對無線通信的需求主要體現(xiàn)在以下方面：

一是電力業(yè)務分布特征突出。電力業(yè)務分布不同于傳統(tǒng)無線通信業(yè)務，業(yè)務分布的下列特征對無線網絡提出了特殊要求：終端位置相對固定、終端分布大體均勻、終端分布區(qū)域分散、網絡的特殊性。

二是多種電力業(yè)務需求并存。電力需求側管理特殊的應用環(huán)境和業(yè)務需求，使業(yè)務數(shù)據(jù)具備以下特點，間斷通信與突發(fā)通信并存、非實時性業(yè)務與實時性業(yè)務并存。上述間斷通信的業(yè)務屬于非實時性業(yè)務，而突發(fā)通信的業(yè)務屬于實時性業(yè)務，重載負荷與輕載負荷并存

三是電力業(yè)務對無線通信技術要求較高。根據(jù)電力業(yè)務通信特點，對涉及的通信業(yè)務及其通信系統(tǒng)提出如下要求：可靠性要求、安全性要求、及時性要求。

4. TD-LTE在電力行業(yè)的技術優(yōu)勢

通過對現(xiàn)有TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax、TD-LTE等技術研究比較，以及對電網的業(yè)務特征與分布、組網經濟性、適應性、演進發(fā)展等方面的綜合分析，建議采用我國具有自主知識產權的TD-LTE第四代移動通信技術作為首選無線接入方式。TD-LTE在電力行業(yè)具備以下的優(yōu)勢。

一是TD-LTE更適合電力專網大容量的要求。配用電網中存在著終端分布較廣且數(shù)量巨大，巨大的網絡容量是傳統(tǒng)GPRS、CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、230M數(shù)字電臺等較難滿足的，相對目前系統(tǒng)容量較大的HSPA+技術，TD-LTE的網絡容量是其5-10倍。并且，隨著TD-LTE技術的不斷演進，未來網絡升級潛力巨大，速率可達到1Gbps。

二是TD-LTE更適合電力行業(yè)高安全性要求。配電網絡、用電網絡都有高度安全需求，電力專網不同于公共網絡，其網絡運營環(huán)境更加容易受到外界環(huán)境影響。同時，專網對設備級、網絡級、業(yè)務級的安全都有極為嚴格的規(guī)定，而TD-LTE是多種技術融合演進的結果，在繼承已有技術安全性的特點外，還在設備自恢復、業(yè)務QoS自保障、網絡及業(yè)務層面數(shù)據(jù)加密鑒權方面得到了提升。這也為TD-LTE解決電力專網安全問題奠定了基礎。

三是TD-LTE更適合電力行業(yè)業(yè)務靈活性的要求。電力專網業(yè)務多以控制計量點、數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等業(yè)務為主，這些業(yè)務有著上行帶寬高、終端位置固定的特點。TD-LTE具備上行業(yè)務帶寬可調、低時延、系統(tǒng)扁平化設計的特點，并且對業(yè)務質量分等級進行保障，可以更好解決電力專網業(yè)務應用的諸多難題。

四是TD-LTE使電力企業(yè)更容易獲取頻率資源。1.8G頻段申請相對寬松，僅通過地方無委會便可申請獲得，同時TD-LTE相比其他移動通信系統(tǒng)，可使用頻率、頻帶寬度都是非常靈活的，并且其頻率資源利用率極高。

5.配電自動化TD-LTE解決方案

配電網自動化系統(tǒng)是指將現(xiàn)代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術與電力設備相結合，將配電網在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網及其設備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、保護、控制、用電和配電管理現(xiàn)代化。配電網自動化系統(tǒng)建設是提高供電可靠性和供電質量、擴大供電能力、實現(xiàn)配電網高效經濟運行的重要手段，也是實現(xiàn)智能電網的重要基礎之一。配網是電力系統(tǒng)中直面客戶的最后一個環(huán)節(jié)，在配電網中實現(xiàn)自動化是提高供電可靠性，確保供電質量，提升優(yōu)質服務的重要手段，也是智能電網建設的重要環(huán)節(jié)。在農網改造升級中引入這項技術對提高農網供電質量很有幫助。

參考文獻

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