LTE在電力系統(tǒng)中的應用技術研究

張維

摘要：本文提出了一種將LTE應用于電力授權頻段的系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)只需在LTE系統(tǒng)的收發(fā)端，加入一個有效的數(shù)據(jù)轉換模塊，而不修改LTE任何收發(fā)端裝置就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)轉換。從而有效的將LTE系統(tǒng)的機制應用于電力系統(tǒng)。

關鍵詞：LTE;電力系統(tǒng);OFDM

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0019-02

0 引言

隨著LTE技術應用范圍拓展，非標準帶寬的應用場景越來越多，而LTE的無線寬帶通信系統(tǒng)大多工作在1800MHz等高頻段，雖然數(shù)據(jù)傳輸能力較強，但單站的覆蓋能力方面較弱，建網(wǎng)和運維成本很高，且都基于通用標準設計，與非標準帶寬的應用業(yè)務的結合能力一般。如果將LTE系統(tǒng)運用在非標準帶寬的授權頻段，既具備廣覆蓋優(yōu)勢，又具備寬帶傳輸能力，是非標準帶寬應用通信體制的較好選擇。

現(xiàn)有技術中[1]-[2]，將LTE系統(tǒng)運用到非標準帶寬的應用場景中不僅需要改變現(xiàn)有LTE系統(tǒng)的收發(fā)機制，還需對終端的收發(fā)機制進行改造，因此，增加了LTE技術運用到非標準帶寬的應用成本。

本文提出了一種將LTE應用于電力授權頻段的系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)只需在LTE系統(tǒng)的收發(fā)端，加入一個有效的數(shù)據(jù)轉換模塊，而不修改LTE任何收發(fā)端裝置就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)轉換。從而有效的將LTE系統(tǒng)的機制應用于電力系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)框架及設計

為了遵從盡量不修改LTE系統(tǒng)的原則，分別在LTE發(fā)射端增加了一個LTE到電力授權頻段的時頻轉換模塊，相應的在接收端增加一個電力授權頻段到LTE的轉換模塊。而LTE發(fā)送端與接收端適當或者不做修改。如圖1所示。

系統(tǒng)包括LTE發(fā)送模塊，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉換發(fā)送模塊，OFDA符號生成模塊，F(xiàn)FT轉換模塊，電力系統(tǒng)信道估計和均衡模塊，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收轉換模塊，LTE接收模塊。下面主要對時頻資源集OFDM符號設計進行描述。

1.1 電力系統(tǒng)時頻資源設計

電力系統(tǒng)專用230MHz頻段的頻譜離散分布在民用短波頻段上，呈無規(guī)則、梳狀結構，每個離散的頻點帶寬為25kHz，總共40個頻點。40個頻點集中分布在三個頻段上，223.525-224.650（1.15MHz），228.075-228.750（0.7 MHz），230.525-231.650（1.15MHz）[3]，如果直接將LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉換到電力系統(tǒng)轉換模塊，其所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量遠遠不能滿足系統(tǒng)需求。

為了滿足電力系統(tǒng)轉換模塊能夠適應不同帶寬的LTE系統(tǒng)，首先通過變頻的方式，將三個頻段的數(shù)據(jù)集中在一個頻段內(nèi)。根據(jù)LTE所選擇的不同數(shù)據(jù)帶寬，將離散電力系統(tǒng)的每個離散頻點分割為N個帶寬為25kHz/N的子載波，形成一個載波大小為Q，符號數(shù)為F的一個離散OFDM系統(tǒng)。相應的，根據(jù)所得到的系統(tǒng)大小，在空口自適應的選擇對應的數(shù)據(jù)傳輸采樣率。從而滿足在LTE系統(tǒng)一個子幀的時間內(nèi)（1ms）能夠完成對所有數(shù)據(jù)的傳輸。

其次，由于LTE與電力系統(tǒng)的結構有所不同，在通過無線通信信道后，其對應子載波的數(shù)據(jù)所受到的影響不同，為了保證接收數(shù)據(jù)能夠正確解碼，在電力轉換模塊中，加入電力系統(tǒng)參考信號。對于參考信號的設計，仿真中發(fā)現(xiàn)，在資源映射階段，如果將LTE的時頻資源按照每個符號逐個映射到電力授權頻段的資源上，過信道后，由于多徑影響在不同子載波會呈現(xiàn)不同衰落，特別地，電力系統(tǒng)不是連續(xù)系統(tǒng)，其衰落變化更大。會影響信號處理結果，如圖2所示。

為此，在LTE到電力系統(tǒng)資源映射時，首先保證CRS的映射盡量均勻的分布在電力系統(tǒng)上。特別地，將其均勻的分布到三個簇上。盡量獲取多的子載波的信道信息。并盡量保證其他信息的相對位置與LTE的系統(tǒng)保證一致。否則會存在子載波均衡時，所使用的信道估計與實際位置錯開的情況，從而導致最終解碼錯誤。具體做法為，將40個子載波三個頻段間，兩兩間隔1MHz，剩余的分別在40頻點前后各保留0.7 MHz。

最后，按照LTE系統(tǒng)到電力系統(tǒng)轉換模塊的數(shù)據(jù)映射格式，將LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)映射的電力系統(tǒng)的轉換模塊當中。其數(shù)據(jù)格式映射格式包含，LTE主同步信號（PSS）映射到電力系統(tǒng)的第2個符號上。LTE輔同步信號（SSS）映射到電力系統(tǒng)的符號第10個符號上。LTE廣播信道（PBCH），分別映射到電力系統(tǒng)的4，5，6，7符號前可用1-72個子載波上發(fā)送。LTE數(shù)據(jù)信道數(shù)據(jù)映射到電力系統(tǒng)除其他信道以外的剩余RE上。按照先子載波再符號的映射方式。

1.2 電力系統(tǒng) OFDM符號設計

電力系統(tǒng)中，我們規(guī)定1ms中發(fā)送11個OFDM符號。其采樣率為6.4MHzps，及每個符號的采樣點為582（符號1-10）與580（符號11），而數(shù)據(jù)FFT點數(shù)為512，則設計的CP長度為70與68點（10us），如圖3所示。

2 實現(xiàn)過程

通過以上設計，我們給出了具體的相關實現(xiàn)流程，如下所示。

（1）按照LTE系統(tǒng)發(fā)射端機制，產(chǎn)生LTE發(fā)送數(shù)據(jù)。如，生成一個LTE 5M基帶數(shù)據(jù)，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉換發(fā)送模塊;

（2）根據(jù)5M系統(tǒng)的時頻大小。確定電力系統(tǒng)轉換模塊子載波帶寬25kHz/N，設定對應的系統(tǒng)的子載波大小Q以及符號數(shù)F，形成一個大小為Q*F的離散OFDM系統(tǒng);

（3）在電力系統(tǒng)轉換模塊中，加入專有參考信號;

（4）按照LTE系統(tǒng)到電力系統(tǒng)轉換模塊的數(shù)據(jù)映射格式，LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)映射的電力系統(tǒng)的轉換模塊當中。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收轉換模塊;

（5）在接收端，提取電力系統(tǒng)轉換接收模塊中參考信號信息;

（6）將數(shù)據(jù)輸入到電力系統(tǒng)轉換接收模塊中的信道估計與均衡模塊中，進行信道估計與均衡計算。得到一個純凈的信號;

（7）將該部分信號根據(jù)電力系統(tǒng)轉換模塊到LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解映射格式，還原LTE信號。

3 結語

LTE系統(tǒng)運用在非標準帶寬的授權頻段，既具備廣覆蓋優(yōu)勢，又具備寬帶傳輸能力，是非標準帶寬應用通信體制的較好選擇。現(xiàn)有技術中，將LTE系統(tǒng)運用到非標準帶寬的應用場景中不僅需要改變現(xiàn)有LTE系統(tǒng)的收發(fā)機制，還需對終端的收發(fā)機制進行改造，因此，增加了LTE技術運用到非標準帶寬的應用成本。

本文提出了將LTE應用于電力授權頻段的系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)只需在LTE系統(tǒng)的收發(fā)端，加入一個有效的數(shù)據(jù)轉換模塊，而不修改LTE任何收發(fā)端裝置就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)轉換。從而有效的將LTE系統(tǒng)的機制應用于電力系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 劉瑾，王麗珠，章輝，馮英敏，等.基于FDD-LTE230的電力無線專網(wǎng)研究[J].自動化與傳動，2015（6）：47-49.

[2] 原義棟，趙東艷，吳廣宇，等.基于230MHz電力無線專網(wǎng)的頻譜共享關鍵技術研究[J].通信技術，2015（8）：79-82.

[3] 王奔.電力無線通信的頻譜聚合技術研究[D].華北電力大學，2013.