基于LTE-230M的合肥电力无线专网建设分析

2020-02-20陈小龙

通信电源技术 2020年1期

陈小龙，张谢，朱庆，姜红

（国网合肥供电公司，安徽合肥 230000）

0 引言

近年来，电力产业的发展使智能电网日益普及，各地区用电需求不断上升。无线专网技术凭借自身优势在电网建设中发挥了巨大作用，是未来配网全覆盖、信息自动采集的关键。LTE-230M系统可实现配网自动化，能够满足LTE-230M建立无线专网的建设需求。该项目竣工后，整个基站的覆盖范围将拥有毫秒级精准负荷控制业务的能力。

1 LTE-230M电力无线专网需求分析

1.1 需求分析

为满足近期毫秒级精准负荷控制业务需求，本项目计划在国网安徽省合肥地区220 kV莲花、220 kV紫云变以及合肥集控中心等地区，采用电力无线专网230 MHz频段部署电力无线专网相关设备。涉及的设备包含3套核心网设备、1套网管系统与三层交换机、2台BBU与6台RRU等。项目竣工后，要求整个基站的覆盖范围内拥有足够的毫秒级精准负荷控制业务能力。

分析LTE-230M电力无线专网的建设需求，具体如下：（1）该项目无线通信接入系统以提供精准负荷控制业务终端与精准负荷控制业务主站的通信服务为建设需求，要求系统中的核心网、基站、网元管理系统建设良好，系统拥有一定的扩展性，满足后期精控技术需求；（2）系统应用分布式基站架构，BBU与RRU分别部署在变电站通信机房和天线塔上，要求核心网、网管系统与三层交换机部署在通信机房；（3）该项目建设应满足国家工业与信息化部无线电管理局提出的设备使用频段规定，确保系统通信处于223～226 MHz和229～233 MHz频率范围；（4）系统应支持不同厂家统一标准路线内设备开放接口的相互操作，基站与核心网需要通过电力系统认证中心的型式测试；（5）核心网设备应带有容灾能力，设备处于故障或过载状态下可以将核心网切换至备用核心网，使其持续为用户提供通信服务，因此建议使用N+1设备备板卡级容灾能力[1]。

1.2 特点分析

应用载波聚合技术，使LTE-230M系统在数据传输中凭借基站的调度功能实现不同子载波的整合，从而解决频带资源的限制性问题。LTE-230M系统中，离散信道可以看成成员载波。应用动态调度技术可以对信道传输与变化情况进行资源分布与挑战。LTE-230M无线专网具有3方面的应用优势。第一，覆盖面积广。基于230 MHz无线频谱频段，通过应用无线通信技术可在密集城区内使用，且专网运维成本较低，相关技术标准如表1所示。第二，可靠性、安全性较高。LTE-230M系统无线专网速度更快，可满足配网自动化与用户信息自动采集需求，推动了智能电网建设。第三，通信环境良好。该无线专网建设以解决配网问题为目的，可以更好地为当地提供服务。

2 基于LTE-230M的合肥电力无线专网建设研究

2.1 无线专网基站建设

eNodeB作为LTE系统的无线接入设备，拥有无线接入功能，其中包含空中接入管理、接入与移动性控制以及资源分配等功能。分布式基站中包含基带控制单元BBU与射频拉远单元RRU两种功能模块。该模块体积小，可以在站点灵活安装，并满足不同容量需求。LTE-230M系统的无线基站即eNodeb，需要为该区域提供无线覆盖与终端接入控制服务。BBU与RRU集成一体化的基站和天线在基站建设中意义重大，其中定向天线的性能参数如表2所示。

表1 LTE-230M电力无线专网建设方案特点

表2 定向天线设备性能参数

BBU3910是基带控制单元，包含以下几种功能：（1）为基站提供S1接口与X2接口；（2）为RRU通信提供CPRI接口，实现上基带与下基带的信号处理；（3）可对整个LTE-230M电力基站系统展开集中管理，并对系统带有操作维护功能和信令处理功能，可为系统提供U2020维护通道；（4）可为系统提供时钟接口与监控接口，对系统展开环境监控，且具有USB加密特性，确保系统运行安全[2]。

2.2 核心网部署

LTE-230M系统核心网可以在通信机房内部署。核心网的硬件形态属于机架式服务器，应用软件主要有签约数据管理模块、业务数据处理模块以及业务逻辑处理模块3种。核心网同LTE-230M系统主站之间的通信需要利用光纤网络IP接口实现，核心网设备需要完成业务数据的安全传输和网络接入过程中的控制管理等业务。LTE-230M系统核心网可以采用统一的华为OSTA5.0（3U）为硬件，各部分功能模块相关参数如下。第一，电源输入模块。LTE-230M系统核心网中需要2个电源输入模块，可以采用直流或交流供电方式，应用1+1或N+1备份模式，避免电源出现单点故障。第二，风扇模块。LTE-230M系统核心网需要2个风扇模块，采用前进后出的风道形式实现部件散热，保证冷风从机框前端进入并从机框后端排出。该模块的最大功耗为90 W。第三，多功能交换板MSXA。系统需要2块多功能交换板，可实现操作维护和设备管理。每块单板对外提供2个1GE Base端口和2个40GE eFabric端口[3]。

核心网与终端之间应用终端核心网双向鉴权和信令完整性保护两种空口安全技术。终端核心网双向鉴权防止伪系统基站篡改或窃取终端数据，防止伪终端对系统网络造成侵害。信令完整性保护避免高层控制信令被恶意篡改。基站和核心网之间S1链路使用IPSec加密作为空口安全技术。IPSec能够保护2个eNodeB之间、eNodeB和核心网之间或者安全网关与eNodeB之间的数据流。

2.3 网管部署

LTE-230M系统中的网管需要对核心网、基站以及终端展开统一管理。网管由服务器与客户端组成，其中台式服务器属于网管的硬件，而配置模块、故障管理与性能管理等模块属于网管的软件。加强对网管U2020的管理，通过远程部署的管理方式，可使LTE-230M系统运行更加安全可靠。U2020/U2020网络管理系统对华为eLTE-G基站和eCore网络设备展开集中管理，通过客户端/服务器工作方式提升软件应用功能。第一，拓扑管理功能。构造网络拓扑结构，监控和管理网元组网状态。第二，故障管理功能。监控并查询网络警告，对设备故障展开实时定位。第三，配置管理功能。查看网元配置与资源利用情况。第四，性能管理。管理性能数据，评估网络运营情况，保障网络服务质量。第五，安全管理。对网管U2020进行权限控制，记录其运行状态。第六，软件管理。提供软件补丁，实时查询或升级不同版本软件的相关数据文件。LTE-230M系统终端模块中，硬件包含内嵌式与外置式两种。内嵌式模块更加满足我国国网运行标准，可以与专网负控终端、数据集中器和采集器终端相连。外置式模块和以往的数传电台显示能够通过网口与终端相连。