4G LTE无线通信技术及其在电力专网中的应用

2020-05-06郭宗臣

通信电源技术 2020年24期

郭宗臣

（深圳市中兴通讯技术服务有限责任公司，山东济南 250011）

0 引言

经过长时间的发展，4G网络以其稳定性强的特点被各个领域广泛应用。在电力专网建设中应用4G LTE无线通信技术时应充分考虑设备配置方案的设计要求、安全性及经济性等多项因素，在做好网络资源分配和维护管理工作的基础上，通过构建基站和核心网，建立自建自维自用的专用无线网络，从而不断丰富我国网络通信方式，推动国家智能电网有效发展。

1 4G LTE无线通信技术相关技术

1.1 智能天线技术

智能天线在自适应天线的基础上对结构进行了优化创新，内部组成了一个自适应天线阵列。智能天线不仅具备自适应天线阵列，而且包括波束智能天线，其中每一个波束指向固定。实际的波束宽度由实际天线元数目决定，智能天线技术不仅能够有效增强天线增益，而且能扩大分集增益。

1.2 正交频分复用技术

正交频分复用技术又称为分离复频调制技术，是多载波调制技术的重要组成部分，在数字音频广播工程、移动通信及无线城域网等多个领域都发挥了重要作用。在电力专网中对正交频分复用技术进行充分应用，在此期间，即便是配电网受到较为严重的干扰，OFDM也会稳定运行，这也就证明其不受到相应的干扰，甚至依然会使宽带实际传输工作的质量和效率满足标准要求[1]。正交频分复用技术将主通信信道分成若干个正交子信道，将完成转化的数据信号直接传输到每一个子信道中。考虑到在信道中具有紧密关联宽带，实际上都要大于子信道上存在的信号宽带，所以通常状况下都会将所有的子信道当作是平坦性衰落。在此种方式的作用下，不仅能减少符号间的干扰，而且能使信道长期处于平衡状态。

1.3 软件无线电技术

软件无线电技术是指用现代化软件操控传统纯硬件电路的通信技术，打破了通信功能依赖于硬件发展这一局限，对于落实技术创新具有重要意义。软件无线电技术使信号变换器最大限度地靠近射频天线，建立一个通用且开放的硬件平台，通过软件编程来实现不同的通信功能模块。软件无线电技术将软件作为核心依据，将密集计算作为基础操作模式。

2 4G LTE无线通信技术在电力专网的应用策略

2.1 系统设计

2.1.1 制定科学有效的基站建设方案

工程新增的无线基站设备和配套电源设备安装在新增屏柜中，每个站点配备1套BBU设备、两套RRU设备以及1套GPS天线，并将此种设置方式作为标准性参考依据，科学有效地完成配置工作。对于基站中的各项设备而言，实际上是可以对变电站侧现有的光传输设备进行应用，从而保证其能够科学有效地与核心网进行连接[2]。通信塔建设以落地单管通信塔方式为主，同时要充分考虑具体的防雷接地要求。落地塔至设备机房需要新增线缆管沟，与此同时还应着重开展绿化建设工作，更应将路面建设工作落实到实处。

2.1.2 确定科学有效的核心网部署方式

在已经完成核心网部署位置这项关键性工作之后，就要为其配置两套主备容灾，同时也要保证最终配置的核心网设备、PE设备、CE设备以及核心交换机数量都满足要求。市集中部署小型核心网和基站，这样地市公司就能够对本地核心网进行应用，以此来开展本地网络配置和用户数据管理工作。例如，在地市集中对小型核心网和基站进行部署，在此种部署模式的作用下，地市公司在需要的时候就能够充分应用本地核心网。基于此，对于提升本地网络配置的有效性和各大用户的数据管理工作效率具有重要帮助。通过有效利用本地设备网，能够保证设备运维管理工作高效开展。除此之外，各个地市公司也要结合具体状况，做好统一规划这项工作，主要就是以此来避免产生不协调等多项问题。在完成各项工作之后，省公司就能够通过应用综合管网系统，进一步管理各地核心网和基站。总之，对于基站而言，都要接入本工程新增核心网，如图1所示，将核心网按市部署的相关意见精准展现出来。

图1 核心网部署示意图

在全面结合图1中展示出的核心网部署内容进行分析之后能够发现，此种方案共有以下3种特征。一是各项业务实际上都是由地市级别的公司完成接入，如果存在大量的省集中业务，那么各地市公司就要高效地转接到省骨干网中，否则就会对最终质量造成影响。二是各个省都以多核心网为主，需考虑MME间位置更新和频率切换等因素。三是在跨地区交界处仍然存在跨局漫游问题，并且该方案专网核心网实际愿景容量能够满足该区域现阶段的远景扩展需求。

2.1.3 制定合理的无线回传网方案

对于无线基站而言，其实际上是可以通过现阶段所具备的SDH光传输网与核心网进行正确连接，但是要配置充足的汇聚交换机和接入交换机。以镇江公司电力网为例，其应用4G LTE无线通信技术构建无线回传网络，网络结构如图2所示。

图2 无线回传网络结构图

在对通道组织方案进行详细分析和研究之后，总结出以下两方面内容。一是全面结合镇江地区目前所具备的传输网为例进行分析，并将其具体应用的现状作为基础性依据，能够发现在本期扬中接入层支环1（STM-4）已经使用3×VC4，并且还剩余一个VC4没有进行使用，在达到本期各个无线基站接入目标的基础上，甚至还能最大程度上满足每一个基站所提出的30 MHz的宽带接入要求。二是在本期扬中接入层中，对于支环2（STM-4）而言，主要就是使用了4×VC4，并且没有剩余任何一个VC4。因此，最重要的一项工作就是调整具体的工作方式，通过开出30 MHz宽带等多种方式，全面满足本期接入基本需求。

2.2 安全防护

2.2.1 总体安全防护方案

总体安全防护示意如图3所示。

图3 总体安全防护示意图

电力系统生产控制大区和信息管理大区的各项业务系统使用电力LTE无线通信网与业务终端连接并完成通信，因此需要设立安全接入区[4]。对于终端设备而言，为了提升安全稳定性，需要着重开展认证加密机制建设和完善工作。在实际对访问控制方案进行充分应用的过程中，不能忽视加密传输通道构建工作，通过保证信息采集工作具有科学有效性的基础上，为后续进一步提升各项业务数据自身的保密性和完整性奠定基础。

除此之外，像生产控制大区和信息管理大区内部的多项业务系统，主要就是依靠与其终端进行连接的区间，以此来帮助电力LTE无线通信网络和公用网络等高效完成相应的通信业务。在此种状况下，最重要的一项工作就是要保证安全接入区设置工作[5]。分析接入生产控制大区的安全接入区实际包含的设备，风险具体包括物理隔离部件和前置机等多项设备风险。但是对于接入信息管理大区自身涵盖的安全接入区而言，则是包括安全接入平台和加密认证设备等多项风险。

2.2.2 多业务承载加强安全防护方案

多业务承载加强安全防护方案如图4所示。

图4主要是将镇江电力无线专网多项业务完全接入方案精准有效地展现出来。通过分析能够发现，其中的LTE接入层的通信终端之所以能够稳定运行，最关键的一个原因就是充分应用了安全接入模块。在此种方式的作用下，能够达到终端到业务层边界的加密传输和合法性认证多项具有较强安全性的功能创设目的[5]。对于多个不同种类的业务而言，就要紧紧结合业务实际要求，为其接入具有安全性的接入区。但是对于LTE基站而言，其存在本质性的差别，主要是依据通信终端频率的方式，使与之相对应的生产类型等多个方面的信息数据以采用安全接入网关和前置机等方式有效地送到生产大区。将管理类型的数据通过安全接入网关和科学完善的数据交换系统，高效率且高质量地输送到管理大区中。基于此，无论是生产大区还是管理大区，在其内部的LTE基站都要严格按照终端具有全球唯一特征标识MMEI的各项要求，精准地将终端数据分别输送到具有针对性的不同业务中，在实际进入到VPN边界处之后，就能够通过安全接入设备直接进行安全接入。