TD—LTE 1.8GHz 无线宽带系统在如东电力通信网中的应用

孙超

【摘要】 为推进县域电力通信网的建设，满足配电自动化业务需求，基于TD-LTE的无线宽带专网在南通如东县试点建设。本文介绍了该项目的建设情况，并对无线专网在电力系统建设相关问题进行了讨论，对无线专网在电力系统的大规模应用提供了借鉴。

【关键词】 TD-LTE 1.8GHz 县域电力通信网

县域电力通信网是推进农村电网智能化建设，保障电网生产、运行、管理和供电服务的重要基础，为规范有序推进县域电力通信网的建设，不断提高农网智能化水平，国网公司在全公司范围开展了县域电力通信网试点建设工作。南通如东县供电公司作为江苏省的三家试点单位之一，重点开展了TD-LTE 1.8GHz 无线宽带专网的建设工作。目前，该无线宽带系统已竣工投运，各项指标均能满足电力系统业务要求，证明了无线专网在电力系统中的应用是可行的。

一、业务应用分析

如东TD-LTE 1.8GHz 无线宽带专网目前重点试点开展配电自动化、分布式电源控制等生产控制大区业务。

1.1配电自动化业务

1）配电自动化。配电自动化基于对各配电终端信息的采集，实现对配电系统的监测与控制，并通过对采集数据的分析计算和相关应用系统的信息集成，实现对配电网的辅助科学管理。2）配变监测。配变监测实现配电网10kV公用配电变压器的监测，通过采集配变和开关的运行状态、电能质量监测，并对采集的数据实现管理和远程传输，以提高配变的运行管理水平，降低配电线路损耗。

1.2分布式电源控制

分布式电源控制实现对分布式电源的并网断路器、升压变压器、逆变器的运行状态进行检测，并对采集的数据实现管理和对设备远程进行控制。

二、TD-LTE 1.8GHz 无线宽带系统概述

LTE（Long Term Evolution，长期演进）技术采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。LTE技术具有非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、传输距离远、带宽大、不受限于地面线路结构等诸多优点，能针对配电自动化、计量自动化以及配电网视频监控业务等需求，能够在非视距的条件下为用户提供多场景下的高带宽无线数据接入，以及VOIP、视频监控等多种增值业务，改善电网整体工作性能和效率。

三、TD-LTE 1.8GHz 无线宽带系统在如东电力通信网中的应用

3.1通道组织

如东TD-LTE 1.8GHz 无线宽带系统按I、II区网络配置，主要传输配网自动化信息，业务需从配电终端传送至如东供电公司，网络分为接入层和骨干层两层，其通道组织如下：接入层通道为配变终端至骨干层节点的传输通道，拟采用无线宽带方式，技术体制采用TD-LTE，频点选用1.8GHz。配电终端配置无线宽带数传终端，通过本工程新建无线宽带系统将信息接入基站。骨干层将利用如东骨干通信网接入层网络，无线宽带系统基站信号接入如东PTN传输网传送至如东县供电公司。

3.2基站设置及覆盖仿真

考虑覆盖范围要求并按利用如东供电公司自有物业设置基站的原则，本次5个基站分别设在供电公司大楼、微波站、掘南变电所、掘港供电所、配送中心，天线挂高均为45米。综合考虑本期基站拟建设的位置、覆盖区域无线环境、天馈线条件等因素，通过系统仿真确定整个无线宽带系统的覆盖范围。

1、系统参数。本次系统仿真采用同频组网，小区带宽为5MHz，小区发射功率为46dBm，噪声系数为3dB，采用4*4MIMO多天线，RS信号功率12.2dBm，调制编码方式采用自适应调制编码（AMC），采用水平波瓣3dB宽度为65度的定向智能天线对定向站进行仿真。

2、无线传播仿真模型。本次无线网络规划的传播模型如下公式所示，其中k1～k7的取值根据标准Cost231模型转换而来。标准宏小区传播模型：

其中，

Path_Loss：传播路径损耗中值（dB）

d：接收机和发射机之间的距离（km）

Clutter_Loss：地物衰减修正值

Hms：移动台天线有效高度（m）

Heff：基站天线有效高度（m）

表1 区域传播模型（Aircom格式）

区域类型 K1（dB）

衰减常数 K2

距离衰减常数 K3

移动台天线高度修正因子 K4

移动台天线高度修正因子 K5

基站天线高度修正因子 K6

基站天线高度修正因子 K7

绕射修正因子

城区环境 156.61 44.9 0 0 -13.82 -6.55 0

郊区环境 151.67 44.9 0 0 -13.82 -6.55 0

3、覆盖仿真分析。RSRP（RS Received Power，RS接收功率）是衡量RS信号（Reference Signal，参考信号）覆盖的一个基本参数，这里的RSRP值是指每RE（Resource Element，资源粒子）的RS信号接收功率。只有RSRP达到了一定的门限，才能进行后续的业务性能的分析。本次覆盖仿真将采用通过对5座基站RSRP的仿真，得到了基站覆盖的范围。站点覆盖仿真结果如图1。

根据该区域RSRP仿真图层统计，覆盖区域内的信号强度统计结果如表2所示。

表2 RSRP覆盖统计

RSRP强度（dBm） 区域面积（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、结论。本次仿真中根据如东地区五座基站的分布位置的具体无线环境划分5座基站的各扇区仿真环境。配送中心离城区较远，周围无明显建筑物遮挡，仿真中将配送中心的朝北的扇区定义为郊区环境，其他两个扇区及城区四座基站的扇区定义为城区环境，仿真结果如图3.2-1所示。

工作在1.8GHz频段的TD-LTE无线系统，当RSRP>=-115dBm时，系统室外覆盖面积大约为81.67km^2。当RPRP=-110dBm时，城区环境的小区覆盖半径为1.9km，郊区环境的小区覆盖半径为3.89km。而根据链路预算结果，本系统是上行业务受限，估算的覆盖小区半径城区环境为1.69Km，郊区环境为3.79Km。链路预算和仿真的差别很小。

3.3系统配置

如东县供电公司无线宽带系统建设包括核心网、基站系统、终端设备。核心网设备实现业务数据的传输，接入网络的控制管理；终端设备实现业务数据的汇聚和上传，控制信息的接收和发送；基站系统完成上下行基带信号处理，提供无线覆盖，终端设备的接入控制等。

四、关键问题

4.1频谱资源

频谱资源作为不可再生资源，是无线通信技术的基础。根据工信部无函[2013]492 号文，可用于电力无线宽带专网建设的频段有1 790～1 795 MHz的5 MHz带宽，223～235 MHz 的40 个25kHz 离散频点，就本工程实际应用情况来看，频谱资源申请难度较大，如何更进一步提高频谱效率，保证系统吞吐量显得尤为重要。

4.2安全防护

根据《电力二次系统安全防护规定》（电监会5号令）及《电力二次系统安全防护总体方案》（电监会[2006]34 号文）的要求，将中低压智能配电网各业务系统分为生产控制大區与管理信息大区，对各类型业务进行安全分区，采用各种隔离认证措施保障电网二次系统安全。无线宽带系统可通过用户鉴权、空中接口加密等软件技术，满足系统安全防护要求。

五、后续工作

5.1 多频组网

配电业务类型、安全分区要求和可申请频谱资源分布不均，这些为多频共同组网提出了应用需求，未来可针对业务类型和覆盖区域特点进行多频组网。对于生产控制大区中配网自动化、用电信息采集等流量需求较小，地域分布较为分散的业务，考虑采用230MHz频率组网；对于管理信息大区中配网智能巡检、视频监控等业务采用1.8GHz频率组网。参照配电网供电区域划分，对于A+、A、B这类业务流量大，无线传输条件相对较差的城市区域，考虑采用1.8GHz频率组网；对于C、D这类业务流量不大，无线传输条件较好的郊区或农村区域，考虑采用230MHz频率组网。

5.2 设备支持

核心网设备需进一步降低功耗水平，满足未来绿色电网的要求；同时可以考虑支持不同频率之间的平滑切换，即同时支持不同频率系统的应用需求，这样不仅节省投资，同时又便于实施。终端设备需增加业务支持能力，重点实现集语音调度、视频回传、数据录入、人员定位为一体的综合智能巡检业务功能，可以更好地支撑应急单兵抢修等智能巡检管理业务。

六、结论

TD-LTE 1.8GHz无线宽带专网通信与公网无线通信方式相比，具有传输速率高，实时性强，保密性强，可管理性高等优点。TD-LTE 1.8GHz无线宽带专网与电力光纤主网互为补充，又能独立承载业务，为智能配用电业务的在县域配电网的应用提供了良好的示范作用。

参 考 文 献

[1] 李文伟，陈宝仁，吴谦，等.TD-LTE 电力无线宽带专网技术应用研究[J].电力系统通信2012，33（241）：82-87.