TD-LTE 230M无线专网覆盖策略研究

2020-12-27赵晨

通信电源技术 2020年16期

赵晨

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

电力通信网主要业务需求包括精准负荷控制和分布式电源监控等控制业务、移动运检和移动营销等移动业务以及电动汽车充换电站和输变电状态监测等。同时需满足“三站合一”数据中心海量数据业务的上传需求。本文首先分析无线专网在电力行业的应用，其次提出了无线专网的建设策略并进行了仿真，最后凭借国内某地市电力无线专网的建设经验，分析其建成后的效果。

1 230M无线专网建设策略

某地市C的无线专网主要承载配电自动化业务，为用电信息采集终端提供远程通信通道，同时为泛在电力物联网的建设提供支撑。截止到2018年年底，该区域内共规划无线专网基站57座，有效覆盖A类供电区域15.75 km2，B类供电区域59.04 km2，C类供电区域217.21 km2。

1.1 TD-LTE 230M无线专网需求分析

根据国网集团下发的《国网信通部关于印发“十三五”期间变电站和办公场所典型带宽预测模型的通知》信通计划【2015】82号的文件精神，将电力业务划分为生产业务、管理信息业务以及管理信息业务（汇聚）3大类。显而易见，电力业务与传统运营商业务存在明显不同，因此TD-LTE 230M无线专网的容量需求与传统运营商无线网络容量需求间存在较大差异。

TD-LTE 230M无线专网带宽需求可通过不同的业务类型及其密度、单点带宽、并发比以及面积来计算，通过计算不同区域的业务需求及终端数得出各区域业务总带宽。各区域业务总带宽=∑（各区域覆盖面积×业务终端密度×带宽×并发比例）。

目前，终端通信网业务主要分为控制业务、移动业务以及其他业务，常见的各类业务的带宽需求和并发比例如表1所示。

参考《电力无线专网通用要求第2部分：需求规范》（Q/GDW 11803.2—2018）的业务终端密度如表2所示。

随着泛在电力物联网的建设，预测至2025传统业务带宽需求为52.21 Gb/s，新型业务带宽需求为39.11 Gb/s，合计带宽需求91.32 Gb/s。新型业务带宽需求中A类供电区域的带宽需求为39.04 Gb/s，B类供电区域的带宽需求为0.05 Gb/s，C类供电区域的带宽需求为0.02 Gb/s。因此需要对TD-LTE 230M无线专网进行专门的容量规划，以满足未来“三站合一”数据中心和泛在电力物联网新业务的带宽需求。

表1 不同业务类型的带宽和并发比例

表2 控制类业务终端分布密度（单位：个/km²）

1.2 链路预算分析结果

1.2.1 单基站覆盖半径与覆盖面积分析

自启动建设以来，该项目和另一个AP1000建设项目即萨默尔核电建设项目均饱受同类设计首批建设项目、许可审批、采购和建设等问题所累，费用大幅超支，进度迟缓，导致曾担保以固定价格建成这两个项目的总承包商西屋公司(Westinghouse)于2017年3月申请破产重组。

单个TD-LTE 230M通信基站的覆盖能力，即为该基站在正常工作状态下的覆盖半径。一般采用链路预算的方法来估算单个TD-LTE 230M通信基站的覆盖半径。频段、承载的业务类型以及基站所处的地理环境不同时，其覆盖半径是不一样的，因此在估算基站覆盖能力的时候，要考虑诸多影响因素，主要包括区域地形地貌、建筑密度、高度、设备发射功率以及技术体制等。基站的覆盖半径分为上行链路的覆盖半径和下行链路的覆盖半径两类，通常受限于上行链路，但考虑到上行链路的覆盖半径的估算较为困难，因此在本期工程中，从下行链路的覆盖半径出发，估算下行链路的覆盖范围，以此来估算上行链路。

1.2.2 链路预算、天线挂高与站间距

上述得知，通信基站的覆盖规划要考虑传播过程中的各种路径损耗、链路平衡以及覆盖等影响因素。可以先得出单个基站的覆盖面积，进而估算出区域内满足覆盖要求的最小基站数量。本期工程采用COST-231 Hata模型计算路径损耗，可得：

即：

其中，L为市区准平滑地形的电波传播损耗中值，单位为dB，fc为工作频率，单位为MHz，hte为基站天线有效高度，单位为m，hre为移动台天线有效高度，单位为m，d为基站与移动台之间的距离，单位为m，CM为城市修正因子。

本期工程塔桅类型分为35 m单管塔和楼顶抱杆等，平均天下挂高约为30 m，基本满足工程需要。

1.2.3 站址密度与规划基站数预测分析

假设蜂窝移动通信系统为六边形，其最长弦为R，通信基站之间的站间距为D，则基站的覆盖面积S的计算公式为：

即S=1.949R2，其中，。通过求导得出D=0.759 7 km，站间距约为0.76 km。将规划范围按密度划分为密集区、一般区以及边缘区3个业务密度片区。其中，密集区内控制基站站间距为300 m，一般区内控制站间距为450 m，边缘区内控制站间距为750 m。综上所述，本期工程规划基站数为112。

1.2.4 链路预算结果

本方案使用的Okumura-Hata模型是预测城区信号时使用最广泛的模型。此模型适用频率范围为150～1 920 MHz，距离为1～100 km，天线高度为30～1 000 m。根据链路预算结果选取各修正参数后，计算出不同供电等级典型场景下230 MHz网络单基站覆盖半径与覆盖面积指标如表3所示。

表3 各供电区域单基站覆盖指标表

1.3 规划与仿真结果

某地市无线专网主要承载配电自动化业务，并为用电信息采集终端提供远程通信通道，同时为泛在电力物联网的建设提供支撑。区域内共规划无线专网基站共有57座，有效覆盖A类供电区域15.75 km2，B类供电区域59.04 km2，C类供电区域217.21 km2。线专网基站分布图如图1所示。

从图1的仿真效果表明，本期某省两地市无线专网项目的站点布局合理，能够满足未来一段时期内国网公司终端接入的要求。

2 网络建成后效果

2.1 建成后效果分析

经过大规模建设，某省C和H两地市目前已经形成一张质量合格且覆盖效果优异的无线专网，达到了预期目标。虽然仍有一部分弱覆盖区域，但整体网络质量优异，属于精品网络。网络整体建成后的网络测试表明，C和H两地市C类以上供电区域整体信号强度良好，满足通信终端接入条件。网络测试效果如图2所示，左为C地市，右为H地市。

图1 无线专网基站分布图

图2 网络测试效果图（左为C地市、右为H地市）

其中，C地市的A类供电区域中RSRP≥-115 dB且RS-SINR≥-3 dB的占比为90.57%，B类供电区域RSRP≥-115 dB且RS-SINR≥-3 dB的占比为92.16%，C类供电区域RSRP≥-115 dB且RSSINR≥-3 dB的占比为93.66%。H地市的B类供电区域RSRP≥-115 dB且RS-SINR≥-3 dB的占比为87.52%，C类供电区域RSRP≥-115 dB且RSSINR≥-3 dB的占比为91.16%。分析RSRP指标可以看出整体网络规划合理满足要求，但由于全网平均底噪在-100 dB左右，同时无线环境复杂且不断变化，因此导致部分区域SINR较差，综合指标有所降低。