5G公網承載電力業務的方案研究

向 明，廖 華，曹 軍

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210006）

0 引 言

隨著國家信息化戰略推進及國網公司堅強智能電網的持續建設，電力營銷和運檢等專業對無線網絡的支撐提出更高要求。3G和4G引領大數據的時代進入了5G智能時代，業務推進托管網絡技術成為必不可少的要素，因此發揮著舉足輕重的作用。

1 基于租用5G無線公網的電力業務統一承載方案

1.1 5G承載網的技術

在新的網絡信息時代，網絡終端不斷變化和升級，移動互聯網的開發從早期形式到今天一直在大幅增長，承載網絡技術滿足5G的發展需求，同時提高了發展的穩定性，擴大了移動互聯網的規模。

1.2 總體組網架構

為滿足國網公司對整體無線網絡的可管可控要求，實現遠程抄表、配電自動化、在線監測、移動作業以及視頻監控等業務規范接入，統一承載方案采用3層網絡結構，分為接入層、運營商層以及電力網絡層，總體架構如圖1所示。

圖1 總體架構

1.3 5G承載網關鍵技術

無線業務依托無線公網進行業務數據傳輸時，采用光傳送網技術。光纖和設備是整個承載網絡中時延產生的主要來源，光傳輸的距離主要影響的是業務端到端傳輸的時延，因此縮短傳輸距離是提升網絡運行效率的重要措施。

依靠虛擬通道承載加密封裝后的業務數據，在隧道終點解封裝并還原業務數據格式后經由專線接入電力信息系統。業務終端依托運營商網絡接入，可采用專線APN或VPDN撥號2種方式。

1.3.1 APN接入

此方法適用于對安全性要求不高的業務終端接入，基本要求有以下3點。一是采用電力專用APN接入，二是APN使用原則宜按照業務的安全等級進行分類，不同安全區的業務使用不同的APN接入，三是應支持IP地址靜態分配和動態分配。

1.3.2 VPDN撥號接入

此方法適用于對安全性要求較高的業務終端接入，對接入的終端進行強身份認證。虛擬專用撥號網絡VPDN的接入方法及系統技術方案如圖2所示，基本要求如下。首先VPDN撥號接入應采用L2TP隧道技術，其次各網省公司宜自建LNS及AAA認證服務器，最后應支持IP地址靜態分配和動態分配。

圖2 虛擬專用撥號網絡VPDN的接入方法及系統技術方案

VPDN撥號接入方式的流程如下。業務終端向服務支持節點發送附著請求，攜帶APN等信息。服務支持節點向鑒權中心請求鑒權，由鑒權中心響應服務支持節點的鑒權請求。若鑒權通過，則業務終端附著成功；若鑒權未通過，則拒絕業務終端接入。其后終端發送激活網絡的請求，攜帶APN、用戶名以及密碼等信息。服務支持節點將終端的網絡激活請求轉發到LAC，由LAC與LNS建立L2TP隧道。LAC將終端的用戶名和密碼轉發到LNS認證，LNS將終端的用戶名和密碼轉發到AAA服務器認證，AAA服務響應LNS的認證請求后，返回認證結果。此外，LNS響應LAC的認證請求，若認證通過則接受終端的網絡激活請求并分配IP地址，否則拒絕終端的網絡激活請求。LAC響應終端的網絡激活請求且服務支持節點響應終端的網絡激活請求表示網絡連接建立成功。

2 5G網絡室內覆蓋解決方案分析

2.1 傳統室分解決方案

在過去2G/3G/4G網絡建設中，室內信號覆蓋均采用同軸電纜傳輸和無源器件功率分配方案，構成傳統室分系統可以通過合路器合路實現網絡共建共享。而在5G網絡室內覆蓋方面，按照相關部門發布的規定，5G在室內使用的頻段上限為3 300～3 400 MHz，如果采用傳統室分系統無法對網絡容量進行擴大。因為在該頻段內，1/2饋線100 m的傳輸損耗能夠達到15 dB，7/8饋線也將達到8 dB。在頻段提升的過程中，同軸電纜損耗大幅度增加。在無源分布系統中，無源器件支持頻段最高為2.7 GHz，無法為3.5 GHz及以上頻段提供支持，難以實現封閉式覆蓋。在天線配置方面，5G可以使用MIMO技術，但是單通道腔無法為技術實現提供支持，還要采用雙通道MIMO室分系統為2×2MIMO模式提供支持，利用單獨腔室將信號傳輸至天線，盡管能夠提高數據傳輸效率，卻面臨較大部署難度[1-4]。早饋線傳播的過程中將產生較大損耗，導致室內布線節點大幅度增加，天線過于稠密，給室內空間協調帶來困難。此外，傳統室分系統無法實現邊緣計算，缺乏開放性，也將給5G室內應用帶來影響。因此從總體上對傳統室內系統進行改造或新建，都將給5G網絡室內覆蓋帶來困難。

2.2 小基站解決方案

結合5G網絡室內覆蓋問題，小基站解決方案得以被提出。而結合不同的室內應用場景，該方案可以進一步劃分為分布式小基站和擴展型小基站，采用不同的信號傳輸技術。

2.2.1 分布式小基站

分布式小基站主要依靠光纖或電纜進行信號傳輸，可以與多個系統組合在一起，完成多通道信號發生，為雙通道電流獨立調輸提供支持。結合網絡帶寬要求，可以采用光電復合電纜或六類線等進行終端單元信號傳輸，在MIMO升級階段也無需設置新的RF饋線通道[5-7]。通過升級原本鏈路，能夠完成不同MIMO網絡組建。在封閉的室內場景中，采用該方案能夠使信號有效覆蓋，并且使信號的室外傳輸問題得到解決，促使系統損耗得到降低。

2.2.2 擴展型小基站

采用擴展型小基站解決5G網絡室內信號覆蓋問題，可以利用基帶拉遠分布室分系統為多模提供支持。采用BBU基帶將容量直接拉遠，并實現末端設備的微型化處理，利用pRRU完成基帶信號，實現信號數模轉換，能夠使信號通過天線發射。而RHub用于接收BBU發射的下行基帶數據，能夠通過分路處理后向pRRU傳輸，并將其上行數據進行合路處理，發送給BBU。在大型室內場景中，應用該方案可以達到125～500 mW的傳輸功率，直徑能夠達到200 m，通過提供運營級別的信號覆蓋功能滿足各種業務開展需求。通過與無線網絡結合，則能使“最后1 km”的信號傳輸問題得到解決，使網絡得到靈活連接，繼而使基站運營和維護成本得到有效控制。

2.3 方案綜合比較分析

從5G室內覆蓋設計角度來看，還應在滿足5G業務開展需要的同時，使技術發展保持較高靈敏度，能夠使新型移動接入網得到靈活配置與拓展，從而使資源利用能夠滿足設備容量和頻譜源等各方面的要求。因此在提出室內覆蓋解決方案時，還要結合具體場景進行布局，在降低運維成本的同時，加強對各種場景的智能管理，推動技術的創新發展。結合5G網絡室內覆蓋需求，還要加強幾種解決方案的分析比較，以便為未來解決5G業務開展問題提供科學思路。

2.3.1 鏈路損耗比較

從鏈路損耗角度展開分析，可以將5G網絡頻譜設定為2.6 GHz，在寫字樓標準層等封閉場景穿透損耗為16 dB，大堂等開闊場景損耗為11 dB，傳播余量設定為3 dB。采取傳統室分系統，最大允許路徑損耗能夠達到93 dB，在封閉類場景中自由空間傳播損耗能夠達到74 dB，余量傳播距離為8 m；在開闊場景中自由傳播損耗為79 dB，余量傳播距離達18 m[8-10]。采取分布式小基站，不同場景的最大允許路徑損耗為100 dB，在開闊場景和封閉場景自由損耗分別為86 dB和81 dB，余量傳播距離分別為32 m和14 m。采用擴展型小基站，最大允許路徑損耗為98 dB，在開闊場景和封閉場景自由傳播損耗分別為84 dB和79 dB，余量傳播距離分別為28 m和12 m。相比較而言，分布式小基站信號損耗較小，傳播距離更大，其次則為擴展型小基站，而傳統室分系統解決方案的損耗最大，傳播距離也最小。

2.3.2 建設效果比較

在方案實施階段，采用傳統室分系統約90%的DAS系統屬于單路，能夠為2×2MIMO和SISO提供支持。在建設過程中，為支持2.6 GHz頻譜，需要完成天線、合路器以及電橋等器件的更換，建設難度不高，但由于無法進行信號傳輸監控，因此難以對網絡信號傳輸故障進行定位。在建設分布式小基站時，需要增設rHUB/pRRU，將線纜更換為光電復合纜，能夠為4×4MIMO提供支持，但需要耗費較高建設成本，能夠實現設備故障監控和定位，為信號可靠傳輸提供保障。從性價比角度進行思考，同時考慮室外密集場景的信號覆蓋問題，可以選用大功率基帶拉遠產品，在樓頂和墻面等位置進行靈活安裝，使室外宏站區域覆蓋問題得到解決，同時解決室內信號覆蓋問題，達到實現基站一體化覆蓋的目標。

3 結 論

本文通過分析國網公司租用無線公網進行承載的業務集中可管可控能力較弱、安全性較低以及租賃費偏高等問題，提出一種基于租用無線公網的電力業務統一承載方案。通過分析，新方案的組網架構規范標準，利用運行支撐平臺的集中管理能力，提升了網絡的管控性與安全性。同時，通過對比分析，新的統一承載方案充分利用了公共網絡與國網公司現有網絡資源，通過規模集中效應，可獲得運營商更好的資費優惠。此外，從5G網絡室內覆蓋解決方案綜合比較情況來看，小基站在解決室內信號覆蓋問題上具有較高性價比，覆蓋方法較為靈活有效，因此相信未來能夠得到廣泛應用。