5G 移動通信技術在電力通信系統的應用研究

高明華

（中國石化集團勝利石油管理局有限公司 電力分公司，山東 東營 257000）

0 引 言

5G 移動通信技術具有速度快、同頻全雙工、毫米波應用有效等多樣化特點，可以實現對海量信息的快速化、安全化傳輸。為促使電力通信系統向智能化、規范化、標準化方向不斷發展，不斷提高電力企業的運營管理水平，技術人員要重視對5G 移動通信技術的應用，只有這樣才能實現對智能化電網的構建[1]。

1 5G 移動通信技術應用場景

5G 移動通信技術被廣泛應用于各個領域中，通過結合用戶使用需求，完成對全方位信息生態系統的構建，極大地提高用戶的使用體驗，確保該技術在增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）場景、海量物聯網通信（massive Machine Type Communication，mMTC）場景、超高可靠低時延通信（ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC）場景等不同場景中發揮出重要的應用優勢，促使信息通信向多元化方向不斷發展[2-4]。

1.1 eMBB 場景

eMBB 場景主要是在參照原有移動寬帶業務的前提下，完成對新模式的構建，從而最大限度地提高用戶使用體驗。現階段，eMBB 場景除了涉及到高清視頻外，還用到虛擬現實、現實增強等內容，可以確保用戶體驗速率達到100 Mb/s，有效提高了用戶移動通信體驗[5]。另外，通過應用5G 移動通信技術低時延特性，可以為用戶營造虛擬現實沉浸式體驗，滿足人們高效率傳輸數據的使用需求。

1.2 mMTC 場景

mMTC 場景作為一種常見應用模式，主要適用于智慧城市、智慧家居的構建需求，為行業多元化發展提供重要的技術支持。例如，在智慧電表制造中，通過應用5G移動通信技術，可以延長該電表的使用壽命，確保所制造的智慧電表完全符合物聯網裝置的設計標準和要求。總之，mMTC 場景完全滿足智慧城市、環境監測等數據采集的使用需求。

1.3 uRLLC 場景

uRLLC 場景被廣泛應用于虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術結構、工業控制系統、智能家居管理等領域中，并取得了良好的應用效果。目前，工業控制屬于比較典型的應用模式，在該類應用場景中，往往對5G 移動通信技術的低時延特性提出了更高的要求，與傳統蜂窩移動通信技術相比，5G 移動通信技術的出現和應用可以確保在基站與終端之間形成良好的溝通鏈路，從而保證基站與終端之間的通信效果。總之，uRLLC 場景完全符合工業控制、自動駕駛等垂直行業的發展需求，這是由于該垂直行業通常對低時延、可靠性提出了更高的要求。

2 電力通信系統

結合物聯網高效處理、數據低時延等特點，通過應用5G 移動通信技術，可以保證電力通信系統內部各個環節形成良好的互通互聯關系，從而實現對電力物聯網的有效構建。對于電力企業而言，所用到電力通信系統主要是由以下幾個層次組成。（1）感知層。感知層在實際應用中需要利用傳感器，完成對各個環節相關基礎數據的全面化采集和整理。（2）網絡層。網絡層在具體設計時，需要綜合運用5G 移動通信技術和無線通信技術，提高電力通信系統的運行性能，從而滿足系統運行數據安全化、高效化的傳輸需求[6]。（3）平臺層。平臺層主要用于對海量數據信息的統一化處理，這些海量數據信息主要是由感知層獲取和整理。（4）應用層。應用層主要用于對反饋平臺層數據的集中化處理。另外，通過應用電力物聯網技術，可以促使電力通信系統表現出較高的網絡接入效率和網絡數據傳輸效率，使得輸電線路能夠正常、穩定、安全的運行[7]。電力通信系統框架如圖1所示。

圖1 電力通信系統框架

3 5G 移動通信技術在電力通信系統中的具體應用

3.1 5G 網絡切片技術應用

5G 移動通信技術具有高帶寬、低時延等特點，完全符合電力通信系統海量數據傳輸、遠程控制等需求。5G 網絡切片技術的出現和應用，可以實現對電力連接的靈活支持，符合多樣化電力業務場景使用需求，這為后期構建定制化專用網絡打下堅實的基礎。5G 網絡切片主要是指利用場景，對單個物理網絡進行劃分，將其劃分為若干個邏輯網絡。使用場景不同，所對應的邏輯網絡也存在一定的差異。5G 網絡切片總體框架如圖2 所示，從圖2 中可以看出，主要是由以下幾個部分組成：（1）網絡切片管理域，主要用于對通信服務、網絡切片的統一化管理；（2）網絡切片業務域，主要是由終端用戶、核心網子切片等部分組成。

圖2 5G 網絡切片總體框架

3.2 邊緣計算技術應用

為降低云端計算壓力，解決電力物聯網延遲性問題，要利用云服務器，促使云服務器集中處理模式逐漸轉變為邊緣計算轉移模式。通過使用云中心，可以統一管控邊緣計算節點，結合不同業務執行情況，有針對性地處理和存儲現場所采集到的數據。對于電力物聯網架構而言，主要包含以下幾個層次：（1）云層，便于用戶更好地監控和管理設備信息；（2）網絡層，可以方便用戶將光纖直接劃分為有線網絡、5G無線網絡2 個部分，確保電力通信系統具有較高的通信傳輸能力；（3）邊層，除了可以直接計算端側數據邊緣參數外，還負責對重要數據的安全化傳輸。

對于邊緣計算節點而言，其數據處理主要包含以下幾種情況：（1）借助邊緣計算節點，初步化處理所采集的數據，然后將最終處理結果安全、可靠地傳輸到云計算中心內，便于后期數據分析處理工作的有效開展；（2）利用計算中心，向邊緣計算節點下發和傳輸合適的算法；（3）在處理邊緣計算節點時，要利用端側原始數據，實時化管控各種業務。通過將5G 網絡切片與邊緣計算業務進行有效地融合，確保所構建的端到端切片網絡具有強大的邊緣計算能力，通過應用端到端切片網絡，可以確保各個電力業務具有強大的專用網絡通道能力，使得整個電力業務表現出安全性、隔離性、可靠性等特點。現階段，在研究移動邊緣計算時，除了要做好對硬件系統架構的科學設計外，還要開展卸載計算工作。

3.3 智能巡檢技術應用

5G 移動通信技術憑借著自身網絡傳輸速率快這一特點，被廣泛應用于電力通信系統機房智能巡檢工作中，從而實現對移動終端相關控制信號的統一化監督，并運用多元信息交互模式，從多角度、多維度層面管控增強現實（Augmented Reality，AR）技術方案，使得虛擬現實技術更好地應用于現實世界中，為后期構建完整信息交互控制體系打下堅實的基礎。系統拓撲結構如圖3 所示，從圖3 中可以看出，通過應用5G 移動通信技術，可以實現對科學巡檢管控模式的有效搭建。在使用電力通信系統時，巡檢人員要結合機房巡檢實際需求，選用合適的機房智能巡檢應用控制模式，并根據電力機房內各個系統運行情況，充分發揮和利用5G 移動通信技術低時延等應用優勢，對所采集的數據進行全面化匯總和整理，同時還要引導運維人員檢索分析相關數據，確保維護保養工作落實到位，便于相關維修人員在第一時間內及時排查和處理安全隱患問題，使得電力通信系統表現出良好的運行性能。此外，現場運維人員在具體操作實踐中應用交互App 系統，利用AR 場景配置相關技術，完成對AR 眼鏡的配置，并借助系統信息交互模塊，及時處理故障現場情況，使得圈點數據與機體結合為統一整體，便于后期相關故障維修工作的有效開展。總之，在開展電力通信系統巡檢工作期間，要重視對5G 移動通信技術的應用，通過應用該技術不僅可以保證數據自動化管理水平，實現對告警信息的自動化、完整化匯總，而且還能提高遠程診斷結果的精確性和真實性，促使電力通信系統巡檢工作向智能化、高效化方向不斷發展。

圖3 系統拓撲結構

4 5G 移動通信技術在電力通信系統中應用策略

4.1 合理分布定向性波束

5G 移動通信技術主要是指通過運用波束，促使移動終端更好地傳輸信號，確保信號傳輸的有效性和可靠性。移動終端在應用5G 移動通信技術時，可以避免對不存在關聯性電波的接收，這樣可以防止被其他電波所干擾和影響。因此，通過將定向性波束科學合理地分布到變電站通道中，可以實現對變電站通道的有效保護。

4.2 優化網絡兼容性

結合互聯網時代的發展情況，不難發現網絡通信技術在兼容性提高方面比較薄弱，盡管其他技術存在較高的兼容性，但是技術應用范圍相對較小。通過優化和提高網絡兼容性，可以促使5G 移動通信技術更好地應用于多種電力設備中，從而達到充分融合不同類型網絡的目的，使得用戶范圍不斷擴大，同時還能將維護成本降到最低。

4.3 增強管理的科學性

為充分發揮和利用超高清無線通信功能的應用優勢，需要將5G 移動通信技術更好地應用于電力自動化設備中，不斷提高電力設備管理的科學性和規范性，從而達到無人化控制電力設備的目的。例如，對于輸電專業而言，通過利用無人機可以將各個位置的信息安全、可靠地傳輸到電力調度控制中心。為確保5G 移動通信技術更好地應用到電力通信系統中，需要綜合運用全球定位系統（Global Positioning System，GPS）技術，借助智能終端，全面了解和掌握設備具體運行情況，并有效分析和整理電力設備各項數據參數，便于用戶全面、快速地獲取和整理電力通信系統運行的相關數據。

5 結 論

5G 移動通信技術憑借著速度快、同頻全雙工、毫米波應用有效等特點，被廣泛應用于電力通信系統中，確保電力通信系統具有信息交互及時性、數據共享及時性等特點，從而實現對系統檢索問題的有效分析和解決，使得電力通信系統綜合管理水平得以大幅度提高，促使電力企業獲得較高的社會效益和經濟效益。由此可見，5G 移動通信技術具有較高的應用價值和應用前景，值得被進一步推廣與應用。