4G电力无线专网典型应用

张博文

（国网天津滨海供电公司，天津 滨海 300450）

传统配电自动化的基本“二遥”业务一般都采用租用2G、3G 公网实现通信，这样虽然可以降低总投资，但是租用的地区运行稳定性差，传输容量小，无法满足目前电网安全运行要求。4G无线通信技术是集合3G 和WLAN 技术的移动通信技术，应用到10 kV及以下的配电网，电网自建4G无线专网为电力物联网建设提供有力支撑[1]。

1 4G电力无线专网建设原则

1.1 技术先进原则

基于LTE 无线通信技术，建设电力无线专网。在充分分析和掌握各种通信新技术核心的基础上，高度关注通信技术标准的成熟性和有效性，采用成熟、先进的通信技术，提高新技术的适用性和技术体制的一致性。

1.2 标准化和规范化原则

技术及设备应符合国际、国家和公司企业行业有关标准。信道规划和建设必须统一技术标准和技术体制。技术标准应执行中国国家标准、行业标准和企业标准。暂未规定的标准按等同等效的原则执行ⅠSO、ⅠTU、ⅠEC等相关标准和建议。信道系统的应用须遵循国家频谱政策，避免实际使用中不同行业间的频谱干扰。

1.3 高可靠性原则

产品应运行稳定，具有强纠错、容错能力，关键模块（核心网、基站设备等）冗余设计，具备强故障恢复和应急措施。以各承载业务信息安全为目标，优化网络结构，简化运行维护管理，提升专网通信信道系统安全、稳定运行水平，提高应急处置和通信保障能力，为电网的发展和安全稳定运行提供可靠、有效的支撑。

1.4 国产化原则

优先采用具有国产自主知识产权、先进可靠实用、覆盖智能电网配用电环节业务系统的软硬件产品，进一步提升设备国产化率。

1.5 利旧原则

优先利用已有的设备（包括回传网）、基础资源（自有机房、杆塔等资源）和线路资源，减少项目投资，提高资源利用率。在满足电网建设的同时，更要注重各级通信资源的整合，提高可用性，进一步优化网络结构，提高无线专网通信信道系统运行效率。

2 4G电力无线专网网络技术架构

4G 电力无线专网的网络架构主要分为业务层、安全接入层、LTE接入层、业务接入层。

业务层及安全接入层中的前置机为业务应用设备。安全接入层负责生产业务与管理业务的安全防护。LTE 接入层包括核心网、LTE 回传光网络以及基站设备，负责传输并处理相关业务数据[2]。业务接入层包括业务终端和采集终端，负责一次设备等的信息采集及业务终端数据的传输。根据国能安全〔2015〕36号文的电力监控系统安全防护方案要求，Ⅰ、ⅠⅠ区业务系统主站采用正反向隔离装置与无线接入终端进行隔离。ⅠⅠⅠ、ⅠV区业务系统采用安全接入平台接入无线终端。生产业务的终端和管理业务终端采用相同工作频率，共享基站和天线。网络技术架构如图1所示。

图1 网络技术架构图

根据电力业务终端分布密度、单站点带宽需求、单扇区覆盖范围、TD-LTE基站单扇区吞吐量等方面综合考虑，为满足电力业务需求，同时结合当前天津区域内1.8 GHz专网频段使用情况，在快速路以内区域申请10 MHz带宽频段，在其他区域申请5 MHz带宽频段。ⅠoT 使用非授权频段470～510 MHz，此频段无须申请，但须注意同频干扰。

3 天津滨海无线专网建设方案

方案充分考虑覆盖区域的典型性、示范性以及业务开展情况，计划在滨海开发区西区及高新区范围内建设无线专网通信站，根据现场查勘选取新路变电站、新圣变电站、高新变电站、科学变电站开展建设。

3.1 室内部分建设

变电站点机房内新设无线专网设备，每个站点安装1 套无线专网BBU 设备，设备型号为华为DBS3910 LTE TDD；安装1 套接入路由器设备，设备型号为华为NE20E-S2E。设备均为直流-48 V 供电，采用双主控板、双电源板配置。设备机柜安装在现状站内主控室机房内空余盘位，其中新民路、新圣路变电站内设备利用新设通信电源供电，其余站点利用站内现状通信电源供电[3]。

根据基站覆盖的环境和业务终端分布，本期各站点采用基站/射频拉远的方式进行覆盖，设备配置考虑1BBU+3RRU，为保证有效覆盖信号电平，本期设备优先选择90°～65°水平波束的定向天线。

滨海供电公司新设无线专网基站后向回传网络主要利用现有滨海供电公司SDH/MSTP骨干光纤网络承载，传输通道采用SDH专线组网。本期各基站所在变电站均配置有滨海公司ECⅠSDH光传输设备，可采用利用现状ECⅠSDH通信传输网络单独开通道回传至滨海供电公司，每个基站的回传数据量按10 Mbit/s 考虑，利用每个变电站内SDH 的预留资源满足要求[4]。网络建成后，设备连接拓扑图如图2所示。

图2 设备连接拓扑图

3.2 室外部分

各基站的室外布置无线专网RRU 及天线设备，用于无线专网信号覆盖。根据业务需求，配置LTE-1.8 GHz天线设备，天线设备参数如表1所示。

表1 天线设备参数表

4 其他建设方案

4.1 电源线布放

抱杆（铁塔）上RRU 设备采用直流-48V 电源供电，通过3根2×16的电源线与RRU连接来实现供电。电源线自室内机房设备柜内直流电源分配单元直接取电，引至RRU。

直流远供馈电应采用具有对雷电电磁场有屏蔽功能的电缆，线缆应选用适用于承受较大机械外力固定敷设的固定场所的ZR-YJV22 型的2 芯电力电缆。

4.2 信号线布放

线缆由保护室布放至抱杆（铁塔），与设备连接，涉及信号线缆共计5 根（室外型野战光缆LCLC光纤3根、GPS馈线2根）。

4.3 杆塔设置情况

电力无线专网通信杆塔建设应做到安全适用、技术先进、经济合理、外形美观、确保质量。杆塔建设应综合考虑基础设计及施工，钢结构的制作、运输、安装以及建成后的环境影响和维护问题。

杆塔在正常施工和正常使用时，应能承受可能出现的各种作用（荷载）；在正常使用时应具有良好的工作性能，应能够满足电力无线专网正常的通信要求，并且便于维护；在满足安全适用、经济合理的前提下，应与周边环境及景观协调。

杆塔设计应在满足本期电力无线专网的需求基础上，适当考虑中长期的电力无线专网的发展规划的需求。杆塔设计应遵循以下有关通信方面的国家标准、行业标准。

5 基站仿真情况

根据对滨海供电公司选址站点的覆盖能力仿真及站点内实际空间情况综合考虑，本期电力无线专网计划在新路变电站、新圣变电站、科学变电站和高新变电站全部选用自立式抱杆，具体情况如表2所示。

根据软件测试，DL RSRP大于-108 dBm的区域可以进行CPE回传720P视频业务，半径约1～2 km；

DL RSRP 大于-120 dBm 的区域可以进行CPE回传128 kbit/s数据业务，半径约3～7 km。

6 结束语

基于CPE边缘业务128 kbit/s，无线专网可以承载覆盖区域内配电自动化业务、用电信息采集等业务，同时可提供一定范围内的视频接入。局部区域可能存在覆盖空洞，可根据现场覆盖情况调整天线倾角及方向进网优化或补站。