陳小龍，張 謝，朱 慶，姜 紅

（國網(wǎng)合肥供電公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

近年來，電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使智能電網(wǎng)日益普及，各地區(qū)用電需求不斷上升。無線專網(wǎng)技術(shù)憑借自身優(yōu)勢在電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了巨大作用，是未來配網(wǎng)全覆蓋、信息自動采集的關(guān)鍵。LTE-230M系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化，能夠滿足LTE-230M建立無線專網(wǎng)的建設(shè)需求。該項(xiàng)目竣工后，整個(gè)基站的覆蓋范圍將擁有毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)的能力。

1 LTE-230M電力無線專網(wǎng)需求分析

1.1 需求分析

為滿足近期毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)需求，本項(xiàng)目計(jì)劃在國網(wǎng)安徽省合肥地區(qū)220 kV蓮花、220 kV紫云變以及合肥集控中心等地區(qū)，采用電力無線專網(wǎng)230 MHz頻段部署電力無線專網(wǎng)相關(guān)設(shè)備。涉及的設(shè)備包含3套核心網(wǎng)設(shè)備、1套網(wǎng)管系統(tǒng)與三層交換機(jī)、2臺BBU與6臺RRU等。項(xiàng)目竣工后，要求整個(gè)基站的覆蓋范圍內(nèi)擁有足夠的毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)能力。

分析LTE-230M電力無線專網(wǎng)的建設(shè)需求，具體如下：（1）該項(xiàng)目無線通信接入系統(tǒng)以提供精準(zhǔn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)終端與精準(zhǔn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)主站的通信服務(wù)為建設(shè)需求，要求系統(tǒng)中的核心網(wǎng)、基站、網(wǎng)元管理系統(tǒng)建設(shè)良好，系統(tǒng)擁有一定的擴(kuò)展性，滿足后期精控技術(shù)需求；（2）系統(tǒng)應(yīng)用分布式基站架構(gòu)，BBU與RRU分別部署在變電站通信機(jī)房和天線塔上，要求核心網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)與三層交換機(jī)部署在通信機(jī)房；（3）該項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)滿足國家工業(yè)與信息化部無線電管理局提出的設(shè)備使用頻段規(guī)定，確保系統(tǒng)通信處于223～226 MHz和229～233 MHz頻率范圍；（4）系統(tǒng)應(yīng)支持不同廠家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)路線內(nèi)設(shè)備開放接口的相互操作，基站與核心網(wǎng)需要通過電力系統(tǒng)認(rèn)證中心的型式測試；（5）核心網(wǎng)設(shè)備應(yīng)帶有容災(zāi)能力，設(shè)備處于故障或過載狀態(tài)下可以將核心網(wǎng)切換至備用核心網(wǎng)，使其持續(xù)為用戶提供通信服務(wù)，因此建議使用N+1設(shè)備備板卡級容災(zāi)能力[1]。

1.2 特點(diǎn)分析

應(yīng)用載波聚合技術(shù)，使LTE-230M系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中憑借基站的調(diào)度功能實(shí)現(xiàn)不同子載波的整合，從而解決頻帶資源的限制性問題。LTE-230M系統(tǒng)中，離散信道可以看成成員載波。應(yīng)用動態(tài)調(diào)度技術(shù)可以對信道傳輸與變化情況進(jìn)行資源分布與挑戰(zhàn)。LTE-230M無線專網(wǎng)具有3方面的應(yīng)用優(yōu)勢。第一，覆蓋面積廣?；?30 MHz無線頻譜頻段，通過應(yīng)用無線通信技術(shù)可在密集城區(qū)內(nèi)使用，且專網(wǎng)運(yùn)維成本較低，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。第二，可靠性、安全性較高。LTE-230M系統(tǒng)無線專網(wǎng)速度更快，可滿足配網(wǎng)自動化與用戶信息自動采集需求，推動了智能電網(wǎng)建設(shè)。第三，通信環(huán)境良好。該無線專網(wǎng)建設(shè)以解決配網(wǎng)問題為目的，可以更好地為當(dāng)?shù)靥峁┓?wù)。

2 基于LTE-230M的合肥電力無線專網(wǎng)建設(shè)研究

2.1 無線專網(wǎng)基站建設(shè)

eNodeB作為LTE系統(tǒng)的無線接入設(shè)備，擁有無線接入功能，其中包含空中接入管理、接入與移動性控制以及資源分配等功能。分布式基站中包含基帶控制單元BBU與射頻拉遠(yuǎn)單元RRU兩種功能模塊。該模塊體積小，可以在站點(diǎn)靈活安裝，并滿足不同容量需求。LTE-230M系統(tǒng)的無線基站即eNodeb，需要為該區(qū)域提供無線覆蓋與終端接入控制服務(wù)。BBU與RRU集成一體化的基站和天線在基站建設(shè)中意義重大，其中定向天線的性能參數(shù)如表2所示。

表1 LTE-230M電力無線專網(wǎng)建設(shè)方案特點(diǎn)

表2 定向天線設(shè)備性能參數(shù)

BBU3910是基帶控制單元，包含以下幾種功能：（1）為基站提供S1接口與X2接口；（2）為RRU通信提供CPRI接口，實(shí)現(xiàn)上基帶與下基帶的信號處理；（3）可對整個(gè)LTE-230M電力基站系統(tǒng)展開集中管理，并對系統(tǒng)帶有操作維護(hù)功能和信令處理功能，可為系統(tǒng)提供U2020維護(hù)通道；（4）可為系統(tǒng)提供時(shí)鐘接口與監(jiān)控接口，對系統(tǒng)展開環(huán)境監(jiān)控，且具有USB加密特性，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全[2]。

2.2 核心網(wǎng)部署

LTE-230M系統(tǒng)核心網(wǎng)可以在通信機(jī)房內(nèi)部署。核心網(wǎng)的硬件形態(tài)屬于機(jī)架式服務(wù)器，應(yīng)用軟件主要有簽約數(shù)據(jù)管理模塊、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理模塊以及業(yè)務(wù)邏輯處理模塊3種。核心網(wǎng)同LTE-230M系統(tǒng)主站之間的通信需要利用光纖網(wǎng)絡(luò)IP接口實(shí)現(xiàn)，核心網(wǎng)設(shè)備需要完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全傳輸和網(wǎng)絡(luò)接入過程中的控制管理等業(yè)務(wù)。LTE-230M系統(tǒng)核心網(wǎng)可以采用統(tǒng)一的華為OSTA5.0（3U）為硬件，各部分功能模塊相關(guān)參數(shù)如下。第一，電源輸入模塊。LTE-230M系統(tǒng)核心網(wǎng)中需要2個(gè)電源輸入模塊，可以采用直流或交流供電方式，應(yīng)用1+1或N+1備份模式，避免電源出現(xiàn)單點(diǎn)故障。第二，風(fēng)扇模塊。LTE-230M系統(tǒng)核心網(wǎng)需要2個(gè)風(fēng)扇模塊，采用前進(jìn)后出的風(fēng)道形式實(shí)現(xiàn)部件散熱，保證冷風(fēng)從機(jī)框前端進(jìn)入并從機(jī)框后端排出。該模塊的最大功耗為90 W。第三，多功能交換板MSXA。系統(tǒng)需要2塊多功能交換板，可實(shí)現(xiàn)操作維護(hù)和設(shè)備管理。每塊單板對外提供2個(gè)1GE Base端口和2個(gè)40GE eFabric端口[3]。

核心網(wǎng)與終端之間應(yīng)用終端核心網(wǎng)雙向鑒權(quán)和信令完整性保護(hù)兩種空口安全技術(shù)。終端核心網(wǎng)雙向鑒權(quán)防止偽系統(tǒng)基站篡改或竊取終端數(shù)據(jù)，防止偽終端對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)造成侵害。信令完整性保護(hù)避免高層控制信令被惡意篡改?；竞秃诵木W(wǎng)之間S1鏈路使用IPSec加密作為空口安全技術(shù)。IPSec能夠保護(hù)2個(gè)eNodeB之間、eNodeB和核心網(wǎng)之間或者安全網(wǎng)關(guān)與eNodeB之間的數(shù)據(jù)流。

2.3 網(wǎng)管部署

LTE-230M系統(tǒng)中的網(wǎng)管需要對核心網(wǎng)、基站以及終端展開統(tǒng)一管理。網(wǎng)管由服務(wù)器與客戶端組成，其中臺式服務(wù)器屬于網(wǎng)管的硬件，而配置模塊、故障管理與性能管理等模塊屬于網(wǎng)管的軟件。加強(qiáng)對網(wǎng)管U2020的管理，通過遠(yuǎn)程部署的管理方式，可使LTE-230M系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。U2020/U2020網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對華為eLTE-G基站和eCore網(wǎng)絡(luò)設(shè)備展開集中管理，通過客戶端/服務(wù)器工作方式提升軟件應(yīng)用功能。第一，拓?fù)涔芾砉δ?。?gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，監(jiān)控和管理網(wǎng)元組網(wǎng)狀態(tài)。第二，故障管理功能。監(jiān)控并查詢網(wǎng)絡(luò)警告，對設(shè)備故障展開實(shí)時(shí)定位。第三，配置管理功能。查看網(wǎng)元配置與資源利用情況。第四，性能管理。管理性能數(shù)據(jù)，評估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營情況，保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。第五，安全管理。對網(wǎng)管U2020進(jìn)行權(quán)限控制，記錄其運(yùn)行狀態(tài)。第六，軟件管理。提供軟件補(bǔ)丁，實(shí)時(shí)查詢或升級不同版本軟件的相關(guān)數(shù)據(jù)文件。LTE-230M系統(tǒng)終端模塊中，硬件包含內(nèi)嵌式與外置式兩種。內(nèi)嵌式模塊更加滿足我國國網(wǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，可以與專網(wǎng)負(fù)控終端、數(shù)據(jù)集中器和采集器終端相連。外置式模塊和以往的數(shù)傳電臺顯示能夠通過網(wǎng)口與終端相連。

3 結(jié) 論

針對安徽合肥某地區(qū)進(jìn)行LTE-230M系統(tǒng)的無線專網(wǎng)建設(shè)研究，通過分析無線專網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)，對220 kV蓮花、220 kV紫云變、合肥集控中心等地區(qū)展開環(huán)境與地貌勘查，提出了相對完整的專網(wǎng)建設(shè)方案。從基站建設(shè)、核心網(wǎng)部署、網(wǎng)管部署等方面入手，實(shí)現(xiàn)了無線專網(wǎng)的全方位覆蓋，提升了合肥電網(wǎng)智能化發(fā)展水平。