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        TD—LTE 1.8GHz 無線寬帶系統(tǒng)在如東電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用

        2015-05-30 00:14:33孫超
        中國新通信 2015年3期
        關(guān)鍵詞:如東通信網(wǎng)專網(wǎng)

        孫超

        【摘要】 為推進(jìn)縣域電力通信網(wǎng)的建設(shè),滿足配電自動化業(yè)務(wù)需求,基于TD-LTE的無線寬帶專網(wǎng)在南通如東縣試點(diǎn)建設(shè)。本文介紹了該項(xiàng)目的建設(shè)情況,并對無線專網(wǎng)在電力系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)問題進(jìn)行了討論,對無線專網(wǎng)在電力系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用提供了借鑒。

        【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 1.8GHz 縣域電力通信網(wǎng)

        縣域電力通信網(wǎng)是推進(jìn)農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè),保障電網(wǎng)生產(chǎn)、運(yùn)行、管理和供電服務(wù)的重要基礎(chǔ),為規(guī)范有序推進(jìn)縣域電力通信網(wǎng)的建設(shè),不斷提高農(nóng)網(wǎng)智能化水平,國網(wǎng)公司在全公司范圍開展了縣域電力通信網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)工作。南通如東縣供電公司作為江蘇省的三家試點(diǎn)單位之一,重點(diǎn)開展了TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶專網(wǎng)的建設(shè)工作。目前,該無線寬帶系統(tǒng)已竣工投運(yùn),各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)要求,證明了無線專網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是可行的。

        一、業(yè)務(wù)應(yīng)用分析

        如東TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶專網(wǎng)目前重點(diǎn)試點(diǎn)開展配電自動化、分布式電源控制等生產(chǎn)控制大區(qū)業(yè)務(wù)。

        1.1配電自動化業(yè)務(wù)

        1)配電自動化。配電自動化基于對各配電終端信息的采集,實(shí)現(xiàn)對配電系統(tǒng)的監(jiān)測與控制,并通過對采集數(shù)據(jù)的分析計(jì)算和相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的信息集成,實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的輔助科學(xué)管理。2)配變監(jiān)測。配變監(jiān)測實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)10kV公用配電變壓器的監(jiān)測,通過采集配變和開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)、電能質(zhì)量監(jiān)測,并對采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)管理和遠(yuǎn)程傳輸,以提高配變的運(yùn)行管理水平,降低配電線路損耗。

        1.2分布式電源控制

        分布式電源控制實(shí)現(xiàn)對分布式電源的并網(wǎng)斷路器、升壓變壓器、逆變器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測,并對采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)管理和對設(shè)備遠(yuǎn)程進(jìn)行控制。

        二、TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶系統(tǒng)概述

        LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))技術(shù)采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。LTE技術(shù)具有非視距傳輸能力強(qiáng)、抵抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬大、不受限于地面線路結(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn),能針對配電自動化、計(jì)量自動化以及配電網(wǎng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)等需求,能夠在非視距的條件下為用戶提供多場景下的高帶寬無線數(shù)據(jù)接入,以及VOIP、視頻監(jiān)控等多種增值業(yè)務(wù),改善電網(wǎng)整體工作性能和效率。

        三、TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶系統(tǒng)在如東電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用

        3.1通道組織

        如東TD-LTE 1.8GHz 無線寬帶系統(tǒng)按I、II區(qū)網(wǎng)絡(luò)配置,主要傳輸配網(wǎng)自動化信息,業(yè)務(wù)需從配電終端傳送至如東供電公司,網(wǎng)絡(luò)分為接入層和骨干層兩層,其通道組織如下:接入層通道為配變終端至骨干層節(jié)點(diǎn)的傳輸通道,擬采用無線寬帶方式,技術(shù)體制采用TD-LTE,頻點(diǎn)選用1.8GHz。配電終端配置無線寬帶數(shù)傳終端,通過本工程新建無線寬帶系統(tǒng)將信息接入基站。骨干層將利用如東骨干通信網(wǎng)接入層網(wǎng)絡(luò),無線寬帶系統(tǒng)基站信號接入如東PTN傳輸網(wǎng)傳送至如東縣供電公司。

        3.2基站設(shè)置及覆蓋仿真

        考慮覆蓋范圍要求并按利用如東供電公司自有物業(yè)設(shè)置基站的原則,本次5個(gè)基站分別設(shè)在供電公司大樓、微波站、掘南變電所、掘港供電所、配送中心,天線掛高均為45米。綜合考慮本期基站擬建設(shè)的位置、覆蓋區(qū)域無線環(huán)境、天饋線條件等因素,通過系統(tǒng)仿真確定整個(gè)無線寬帶系統(tǒng)的覆蓋范圍。

        1、系統(tǒng)參數(shù)。本次系統(tǒng)仿真采用同頻組網(wǎng),小區(qū)帶寬為5MHz,小區(qū)發(fā)射功率為46dBm,噪聲系數(shù)為3dB,采用4*4MIMO多天線,RS信號功率12.2dBm,調(diào)制編碼方式采用自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC),采用水平波瓣3dB寬度為65度的定向智能天線對定向站進(jìn)行仿真。

        2、無線傳播仿真模型。本次無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的傳播模型如下公式所示,其中k1~k7的取值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Cost231模型轉(zhuǎn)換而來。標(biāo)準(zhǔn)宏小區(qū)傳播模型:

        其中,

        Path_Loss:傳播路徑損耗中值(dB)

        d:接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的距離(km)

        Clutter_Loss:地物衰減修正值

        Hms:移動臺天線有效高度(m)

        Heff:基站天線有效高度(m)

        表1 區(qū)域傳播模型(Aircom格式)

        區(qū)域類型 K1(dB)

        衰減常數(shù) K2

        距離衰減常數(shù) K3

        移動臺天線高度修正因子 K4

        移動臺天線高度修正因子 K5

        基站天線高度修正因子 K6

        基站天線高度修正因子 K7

        繞射修正因子

        城區(qū)環(huán)境 156.61 44.9 0 0 -13.82 -6.55 0

        郊區(qū)環(huán)境 151.67 44.9 0 0 -13.82 -6.55 0

        3、覆蓋仿真分析。RSRP(RS Received Power,RS接收功率)是衡量RS信號(Reference Signal,參考信號)覆蓋的一個(gè)基本參數(shù),這里的RSRP值是指每RE(Resource Element,資源粒子)的RS信號接收功率。只有RSRP達(dá)到了一定的門限,才能進(jìn)行后續(xù)的業(yè)務(wù)性能的分析。本次覆蓋仿真將采用通過對5座基站RSRP的仿真,得到了基站覆蓋的范圍。站點(diǎn)覆蓋仿真結(jié)果如圖1。

        根據(jù)該區(qū)域RSRP仿真圖層統(tǒng)計(jì),覆蓋區(qū)域內(nèi)的信號強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

        表2 RSRP覆蓋統(tǒng)計(jì)

        RSRP強(qiáng)度(dBm) 區(qū)域面積(km2)

        -115.00 <= x < -110.00 dBm 81.670

        -110.00 <= x < -105.00 dBm 49.025

        -105.00 <= x < -100.00 dBm 29.070

        -100.00 <= x < -95.00 dBm 16.384

        -95.00 <= x < -90.00 dBm 8.544

        -90.00 <= x < -85.00 dBm 3.580

        -85.00 <= x < -80.00 dBm 0.665

        4、結(jié)論。本次仿真中根據(jù)如東地區(qū)五座基站的分布位置的具體無線環(huán)境劃分5座基站的各扇區(qū)仿真環(huán)境。配送中心離城區(qū)較遠(yuǎn),周圍無明顯建筑物遮擋,仿真中將配送中心的朝北的扇區(qū)定義為郊區(qū)環(huán)境,其他兩個(gè)扇區(qū)及城區(qū)四座基站的扇區(qū)定義為城區(qū)環(huán)境,仿真結(jié)果如圖3.2-1所示。

        工作在1.8GHz頻段的TD-LTE無線系統(tǒng),當(dāng)RSRP>=-115dBm時(shí),系統(tǒng)室外覆蓋面積大約為81.67km^2。當(dāng)RPRP=-110dBm時(shí),城區(qū)環(huán)境的小區(qū)覆蓋半徑為1.9km,郊區(qū)環(huán)境的小區(qū)覆蓋半徑為3.89km。而根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果,本系統(tǒng)是上行業(yè)務(wù)受限,估算的覆蓋小區(qū)半徑城區(qū)環(huán)境為1.69Km,郊區(qū)環(huán)境為3.79Km。鏈路預(yù)算和仿真的差別很小。

        3.3系統(tǒng)配置

        如東縣供電公司無線寬帶系統(tǒng)建設(shè)包括核心網(wǎng)、基站系統(tǒng)、終端設(shè)備。核心網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸,接入網(wǎng)絡(luò)的控制管理;終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的匯聚和上傳,控制信息的接收和發(fā)送;基站系統(tǒng)完成上下行基帶信號處理,提供無線覆蓋,終端設(shè)備的接入控制等。

        四、關(guān)鍵問題

        4.1頻譜資源

        頻譜資源作為不可再生資源,是無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)。根據(jù)工信部無函[2013]492 號文,可用于電力無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)的頻段有1 790~1 795 MHz的5 MHz帶寬,223~235 MHz 的40 個(gè)25kHz 離散頻點(diǎn),就本工程實(shí)際應(yīng)用情況來看,頻譜資源申請難度較大,如何更進(jìn)一步提高頻譜效率,保證系統(tǒng)吞吐量顯得尤為重要。

        4.2安全防護(hù)

        根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》(電監(jiān)會5號令)及《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》(電監(jiān)會[2006]34 號文)的要求,將中低壓智能配電網(wǎng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)分為生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū),對各類型業(yè)務(wù)進(jìn)行安全分區(qū),采用各種隔離認(rèn)證措施保障電網(wǎng)二次系統(tǒng)安全。無線寬帶系統(tǒng)可通過用戶鑒權(quán)、空中接口加密等軟件技術(shù),滿足系統(tǒng)安全防護(hù)要求。

        五、后續(xù)工作

        5.1 多頻組網(wǎng)

        配電業(yè)務(wù)類型、安全分區(qū)要求和可申請頻譜資源分布不均,這些為多頻共同組網(wǎng)提出了應(yīng)用需求,未來可針對業(yè)務(wù)類型和覆蓋區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行多頻組網(wǎng)。對于生產(chǎn)控制大區(qū)中配網(wǎng)自動化、用電信息采集等流量需求較小,地域分布較為分散的業(yè)務(wù),考慮采用230MHz頻率組網(wǎng);對于管理信息大區(qū)中配網(wǎng)智能巡檢、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)采用1.8GHz頻率組網(wǎng)。參照配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分,對于A+、A、B這類業(yè)務(wù)流量大,無線傳輸條件相對較差的城市區(qū)域,考慮采用1.8GHz頻率組網(wǎng);對于C、D這類業(yè)務(wù)流量不大,無線傳輸條件較好的郊區(qū)或農(nóng)村區(qū)域,考慮采用230MHz頻率組網(wǎng)。

        5.2 設(shè)備支持

        核心網(wǎng)設(shè)備需進(jìn)一步降低功耗水平,滿足未來綠色電網(wǎng)的要求;同時(shí)可以考慮支持不同頻率之間的平滑切換,即同時(shí)支持不同頻率系統(tǒng)的應(yīng)用需求,這樣不僅節(jié)省投資,同時(shí)又便于實(shí)施。終端設(shè)備需增加業(yè)務(wù)支持能力,重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)集語音調(diào)度、視頻回傳、數(shù)據(jù)錄入、人員定位為一體的綜合智能巡檢業(yè)務(wù)功能,可以更好地支撐應(yīng)急單兵搶修等智能巡檢管理業(yè)務(wù)。

        六、結(jié)論

        TD-LTE 1.8GHz無線寬帶專網(wǎng)通信與公網(wǎng)無線通信方式相比,具有傳輸速率高,實(shí)時(shí)性強(qiáng),保密性強(qiáng),可管理性高等優(yōu)點(diǎn)。TD-LTE 1.8GHz無線寬帶專網(wǎng)與電力光纖主網(wǎng)互為補(bǔ)充,又能獨(dú)立承載業(yè)務(wù),為智能配用電業(yè)務(wù)的在縣域配電網(wǎng)的應(yīng)用提供了良好的示范作用。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1] 李文偉,陳寶仁,吳謙,等.TD-LTE 電力無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)通信2012,33(241):82-87.

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