配用電無線通信專網(wǎng)地理環(huán)境研究范文
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1配用電通信網(wǎng)構(gòu)成及建網(wǎng)要求
配用電通信網(wǎng)可分為電力通信骨干網(wǎng)和電力通信接入網(wǎng)兩大部分，如圖1所示。電力通信骨干網(wǎng)目前以光纖為傳輸介質(zhì)，采用SDH/PTN/MSTP一種或多種技術(shù)體制，覆蓋各省/市/縣供電公司、35kV及以上變電站、大多數(shù)供電所和營業(yè)廳，起到承擔(dān)電力通信骨干平臺(tái)的作用。電力通信接入網(wǎng)定位為骨干網(wǎng)的延伸，實(shí)現(xiàn)最后數(shù)公里的延伸覆蓋，實(shí)現(xiàn)配用電終端節(jié)點(diǎn)的采集與監(jiān)控，如各類表計(jì)的用電信息采集、配網(wǎng)自動(dòng)化的各類線路開關(guān)（FTU）和站所節(jié)點(diǎn)（DTU）的“二遙”或“三遙”等。
代表無線通信主流發(fā)展方向的4G移動(dòng)通信技術(shù)逐步成熟，全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì)在其最新的《LTE演進(jìn)（evolutiontoLTE）》報(bào)告中證實(shí)：已經(jīng)有101個(gè)國家和地區(qū)的274家運(yùn)營商推出商用LTE業(yè)務(wù)，到2014年底商用LTE網(wǎng)絡(luò)達(dá)到350張。2014年2月中國移動(dòng)正式啟動(dòng)TD-LTE二期招標(biāo)，計(jì)劃在31個(gè)省、市、自治區(qū)進(jìn)行TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。中國聯(lián)通和中國電信也在啟動(dòng)多個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。除LTE外，國內(nèi)外還有多種無線通信技術(shù)，國家電網(wǎng)對不同體制無線通信網(wǎng)進(jìn)行了長期調(diào)研及實(shí)際驗(yàn)證。先后關(guān)注230MHz數(shù)傳電臺(tái)、WiMAX、McWiLL等技術(shù)。這里結(jié)合配用電業(yè)務(wù)就幾種常用的無線通信系統(tǒng)進(jìn)行簡要對比。（1）傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)該系統(tǒng)屬于20世紀(jì)80年代興起的技術(shù)，工作在223~235MHz等頻段。具有組網(wǎng)簡單、成本低等優(yōu)勢。但該系統(tǒng)采用輪詢機(jī)制，終端無主動(dòng)上報(bào)功能，傳輸時(shí)延大，速率低（單主臺(tái)帶寬在1.2~19.2kbit/s）、系統(tǒng)容量小。實(shí)際使用中實(shí)現(xiàn)全部終端的單次輪詢需8~24h。系統(tǒng)無專門的網(wǎng)管設(shè)備，可維護(hù)手段少，安全性差，目前各地電力公司在逐步停用該系統(tǒng)。（2）WiMAX、McWiLL這兩種體制是基于3G核心技術(shù)的寬帶無線接入技術(shù)，具有接入能力強(qiáng)、傳輸帶寬大、非視距傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。但WiMAX為國外技術(shù)，我國不具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，國家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)均明確表示不支持WiMAX系統(tǒng)在電網(wǎng)中的規(guī)模應(yīng)用。McWiLL系統(tǒng)在湖南、遼寧等電力公司已開展試點(diǎn)應(yīng)用，但效果不理想，主要問題是實(shí)際覆蓋距離近（市區(qū)有效覆蓋距離為1km），無符合國家電網(wǎng)規(guī)范的終端產(chǎn)品。同時(shí)，McWiLL與無線寬帶LTE主流發(fā)展技術(shù)不相符，技術(shù)演進(jìn)方向不明朗，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，產(chǎn)品獨(dú)家供貨，后續(xù)規(guī)模應(yīng)用存在很不確定的技術(shù)和政策風(fēng)險(xiǎn)。（3）LTE230“新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)”（簡稱“LTE230”系統(tǒng)）將電力已有的230MHz頻段離散頻譜與先進(jìn)的4G移動(dòng)通信技術(shù)（TD-LTE）相結(jié)合，通過采用離散頻譜聚合、頻譜感知等技術(shù)，大幅提高230MHz無線頻率的使用效率，在窄帶頻譜上實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸，為電力行業(yè)提供無線寬帶通信信道。系統(tǒng)具有低成本廣覆蓋、支持海量終端實(shí)時(shí)在線、工作于電力已有頻譜、頻譜利用效率高、系統(tǒng)安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。“LTE230”系統(tǒng)是結(jié)合電力配用電業(yè)務(wù)需求定制開發(fā)的一套無線寬帶通信系統(tǒng)，可為用電信息采集、負(fù)荷控制等業(yè)務(wù)的遠(yuǎn)程通信提供無線通信信道。不同無線通信網(wǎng)體制對比見表1。綜上所述，“LTE230”系統(tǒng)適于承擔(dān)我國在偏遠(yuǎn)地區(qū)電力配用電無線通信專網(wǎng)的建設(shè)，具有良好的應(yīng)用前景。
3“LTE230”系統(tǒng)適于承建偏遠(yuǎn)地區(qū)配用電通信
3.1系統(tǒng)定位“LTE230”系統(tǒng)定位在電力配用電業(yè)務(wù)，可用于用電信息采集、配電自動(dòng)化、應(yīng)急搶修、生產(chǎn)調(diào)度、營銷核算、視頻監(jiān)控、新能源接入、智能臺(tái)區(qū)等多種業(yè)務(wù)，目標(biāo)應(yīng)用場景如下：•偏遠(yuǎn)農(nóng)村或山區(qū)光纖鋪設(shè)難度大的區(qū)域；•負(fù)荷分散，部署光纖成本過高的區(qū)域；•供電線路長，光纖無法實(shí)現(xiàn)覆蓋的區(qū)域；•偏遠(yuǎn)無公網(wǎng)信號(hào)區(qū)域；•地下室等無公網(wǎng)信號(hào)區(qū)域；•老舊無光纖城區(qū)或市政建設(shè)頻繁、光纖覆蓋無法應(yīng)對快速變化的區(qū)域。
3.2系統(tǒng)優(yōu)勢及所獲得資質(zhì)“LTE230”系統(tǒng)采用電力已有的230MHz頻譜資源，無需新申請頻譜資源；系統(tǒng)具有廣覆蓋特性，單基站覆蓋能力可達(dá)30km，是其他無線蜂窩通信系統(tǒng)覆蓋距離的4~5倍，建設(shè)成本是其他無線蜂窩通信系統(tǒng)的1/5；“LTE230”系統(tǒng)滿足配用電海量終端的實(shí)時(shí)在線的傳輸需求。系統(tǒng)采用與公網(wǎng)隔離的策略，同時(shí)具有多層安全加密機(jī)制，保證電力數(shù)據(jù)的信息安全。“LTE230”系統(tǒng)具有符合國網(wǎng)規(guī)范的系列通信模塊（LCM），可實(shí)現(xiàn)對GPRS公網(wǎng)模塊的替換，最大限度地保護(hù)配用電設(shè)備投資。系統(tǒng)具有寬帶終端（CPE），可實(shí)現(xiàn)圖像、視頻、語音等業(yè)務(wù)。操作維護(hù)中心（OMC）不但實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的管理，還具有對終端統(tǒng)一遠(yuǎn)程管理的功能，可對系統(tǒng)及終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程批量升級(jí)。采用友好的圖像化操作界面（如圖2所示），操作便捷，可將告警以聲、光的方式直觀地呈現(xiàn)給管理維護(hù)人員。“LTE230”系統(tǒng)受到國家科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部等多部門支持，近年承擔(dān)多項(xiàng)國家科技重大專項(xiàng)及專項(xiàng)資金項(xiàng)目；2014年2月，成為首個(gè)通過中國電力科學(xué)研究院安全認(rèn)證的無線專網(wǎng)系統(tǒng)；國家無線電管理委員會(huì)召開專題研討會(huì)，鼓勵(lì)230MHz頻譜在電力行業(yè)中的創(chuàng)新應(yīng)用；系統(tǒng)通過工業(yè)和信息化部傳輸所針對實(shí)際現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的測試驗(yàn)證。
3.3關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)“LTE230”系統(tǒng)工作在國家無線電管理委員會(huì)統(tǒng)一規(guī)劃的民用超短波遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)專用230.025~235MHz頻段，滿足以25kHz為單位、非連續(xù)靈活配置的要求。系統(tǒng)在8.5MHz帶寬下峰值速率可達(dá)14.96Mbit/s。系統(tǒng)采用具有國家自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-LTE核心技術(shù)，采用OFDM及64QAM高級(jí)調(diào)試技術(shù)。系統(tǒng)接收靈敏度達(dá)到-120dBm，優(yōu)越于傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)，加上230MHz低頻段黃金頻譜，“LTE230”系統(tǒng)在單基站最遠(yuǎn)覆蓋距離可達(dá)30km，是其他類似無線通信技術(shù)的5~6倍。為滿足行業(yè)海量終端實(shí)時(shí)在線、突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸需求，“LTE230”系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，大幅度提升單邏輯小區(qū)支持的終端規(guī)模，從傳統(tǒng)無線通信的100~200個(gè)終端/小區(qū)提升到2000個(gè)終端/小區(qū)。部分技術(shù)指標(biāo)見表2。
4“LTE230”系統(tǒng)建設(shè)方案
基站選址是無線通信系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。眾所周知，在產(chǎn)品指標(biāo)確定的情況下，基站天線越高、周圍環(huán)境越開闊，信號(hào)覆蓋的范圍越廣且信號(hào)質(zhì)量越高。站址選擇合適與否，很大程度上決定了無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成敗。結(jié)合我國欠發(fā)展地區(qū)配用電網(wǎng)現(xiàn)狀，有“宏蜂窩基站”和“微蜂窩基站”兩種應(yīng)用方案可供選擇。這里結(jié)合站址選擇、業(yè)務(wù)覆蓋范圍和通信基礎(chǔ)條件對兩種方案分別進(jìn)行分析。
4.1“宏蜂窩基站”建設(shè)方案（1）業(yè)務(wù)定位針對偏遠(yuǎn)地區(qū)地廣人稀、地形復(fù)雜、配用電線路及設(shè)備分部廣的特點(diǎn)，部署宏蜂窩基站，最大限度地實(shí)現(xiàn)單個(gè)無線基站的覆蓋區(qū)域，單個(gè)基站盡可能多地覆蓋配用電終端節(jié)點(diǎn)，充分體現(xiàn)“LTE230”系統(tǒng)“廣覆蓋、低成本”優(yōu)勢。減少組網(wǎng)區(qū)域內(nèi)所需無線基站數(shù)量，降低在偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別是山區(qū)、丘陵等通信基礎(chǔ)設(shè)備缺乏環(huán)境下電力無線通信專網(wǎng)建設(shè)投入及后續(xù)維護(hù)成本。（2）選址原則在山區(qū)、丘陵地帶，變電站、營業(yè)廳大多建設(shè)在當(dāng)?shù)氐貏莸桶键c(diǎn)，故電力已有的此類地點(diǎn)不是無線基站的理想備選站址。微波系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代開始大量應(yīng)用于電力通信，微波站點(diǎn)一般建在周圍數(shù)公里到數(shù)十公里的制高點(diǎn)處，且建設(shè)有高度為50~100m的通信塔，以實(shí)現(xiàn)單跳微波信號(hào)30~60km的遠(yuǎn)距離傳輸。近年來微波系統(tǒng)在逐步退出應(yīng)用，但微波站點(diǎn)的通信塔多數(shù)還存在。仿真及實(shí)際測試表明，“LTE230”在此類地點(diǎn)建站，可實(shí)現(xiàn)半徑20~30km的覆蓋，單基站覆蓋面積可達(dá)1000km2以上，是普通無線基站覆蓋面積的數(shù)十倍甚至上百倍。所以在此類地區(qū)，微波站是非常理想的備選站點(diǎn)。基于微波塔站點(diǎn)的廣覆蓋方案如圖3所示。（3）已具備的通信基礎(chǔ)設(shè)施微波塔所在地具備電源、微波信號(hào)落地后的有線回傳信道等基礎(chǔ)設(shè)施。“LTE230”系統(tǒng)的電力無線通信專網(wǎng)可充分利用相關(guān)已有資源，降低基建設(shè)施投入。對少數(shù)不具備有線回傳信道的微波站點(diǎn)，“LTE230”系統(tǒng)的基站可采用無線網(wǎng)橋進(jìn)行回傳。由于微波站點(diǎn)通常位于地理制高點(diǎn)，通常具備到附近供電公司、變電站或營業(yè)廳的可視路徑，無線網(wǎng)橋回傳具有優(yōu)越的地理?xiàng)l件。
4.2“微蜂窩基站”建設(shè)方案（1）業(yè)務(wù)定位若“LTE230”系統(tǒng)覆蓋所在地不具備建設(shè)“宏蜂窩基站”條件，可采用另外一種思路：建設(shè)多套“微蜂窩基站”實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)無線專網(wǎng)覆蓋。“微蜂窩基站”的建設(shè)思路是采用具有小功率、小容量、安裝便捷特點(diǎn)的“LTE230”系統(tǒng)微基站，沿配電線路部署。原則上1~2個(gè)臺(tái)區(qū)部署1個(gè)微基站，每個(gè)微基站覆蓋1km左右的范圍。由于220/380V供電半徑一般在500~1000m，故“LTE230”系統(tǒng)微基站能夠?qū)崿F(xiàn)配電臺(tái)區(qū)周圍配用電終端節(jié)點(diǎn)的接入。（2）選址原則“LTE230”系統(tǒng)微基站可部署在柱上變、箱變、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所等所在處，該類地點(diǎn)取電方便且無需征地，安裝便捷。（3）基礎(chǔ)設(shè)施微基站采用“一體化”設(shè)計(jì)思路，滿足戶外環(huán)境運(yùn)行要求，不需要機(jī)房，安裝便捷。對于微基站的回傳，有兩種備選方案：一是對光纖到臺(tái)區(qū)的站點(diǎn)，微基站回傳可就近接入光纖網(wǎng)絡(luò)；二是對光纖未覆蓋的臺(tái)區(qū)站點(diǎn)，可采用具有mesh組網(wǎng)的無線網(wǎng)橋進(jìn)行回傳。基于臺(tái)區(qū)的微基站覆蓋方案如圖4所示。
4.3實(shí)際應(yīng)用情況“LTE230”系統(tǒng)已在內(nèi)蒙、青海、新疆、冀北、河北等多個(gè)地區(qū)建設(shè)商用網(wǎng)絡(luò)，單基站實(shí)測覆蓋距離達(dá)到29km，很好地滿足了當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、視頻傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)應(yīng)用需求。
5應(yīng)用與驗(yàn)證
“LTE230”系統(tǒng)在國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、石油石化等開展多處應(yīng)用，在中國西北、西南等多個(gè)省份建立商用網(wǎng)絡(luò)，彌補(bǔ)了此類地區(qū)有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不便、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)在此類地區(qū)信號(hào)質(zhì)量差或無法覆蓋的問題。2013年5月，張家口供電公司建設(shè)“LTE230”系統(tǒng)的無線通信專網(wǎng)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，滿足了張家口電力無線通信專網(wǎng)建設(shè)的成本和進(jìn)度要求。此無線回傳設(shè)備安裝調(diào)試便捷，成本不到光纖通道建設(shè)的10%，目前該無線回傳通道已穩(wěn)定運(yùn)行超過12個(gè)月。針對西沙河基站路開展覆蓋測試，測試結(jié)果如下：東南方向沿解放路和勝利路進(jìn)行拉遠(yuǎn)測試，到工業(yè)南橫街處5.2km處，信號(hào)強(qiáng)度為-106~-102dBm，基本達(dá)到東南方向小區(qū)邊緣；正南方向沿明德南路、清水河路，到天秀花園二期5.1km處，信號(hào)強(qiáng)度為-106~-104dBm，基本達(dá)到正南向小區(qū)邊緣；西南方向沿西環(huán)路、西壩崗路，到天秀花園一期5.2km處，信號(hào)強(qiáng)度為-107~-103dBm，基本達(dá)到西南向小區(qū)邊緣。覆蓋效果如圖6所示，RSRP數(shù)據(jù)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)見表3。吞吐量性能表明，“LTE230”系統(tǒng)傳輸效率高達(dá)2.44bit/(s•Hz)，較傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)提高3.18倍，滿足配用電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，理論峰值速率達(dá)1.76Mbit/s，外場實(shí)測平均傳輸速率最高達(dá)到1.6Mbit/s。抄表成功率100%。聚合40個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，不同調(diào)制方式下的上行傳輸速率測試結(jié)果見表4。
6結(jié)束語
“LTE230”系統(tǒng)是為配用電通信量身定制的系統(tǒng)，因其獨(dú)有的廣覆蓋、低成本，對通信基礎(chǔ)設(shè)施要求低、部署簡單、免維護(hù)等特點(diǎn)，能很好地滿足山區(qū)、丘陵、農(nóng)村等復(fù)雜地區(qū)配用電通信網(wǎng)通信需求。自2010年以來在電網(wǎng)、石油石化等行業(yè)建立多個(gè)商用網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、系統(tǒng)及終端產(chǎn)品形態(tài)齊全，受到客戶的一致好評(píng)。
作者：郭志華 薛曉慧 厲娜 萬江飛 陳平 林喜 景欽鋒 單位：國網(wǎng)青海省電力公司 中國石油天然氣管道通信電力工程總公司 普天信息技術(shù)研究院 國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司 國網(wǎng)青海省電力公司海北供電公司
