基于LTE230的电力无线通信专网分析

闫成超

（国网湖南省电力有限公司湘西供电分公司，湖南 湘西 416000）

0 引 言

配电网与人们生活密切相关，发展安全且高效的智能电网至关重要。当前，在通信业务领域，互联网宽带技术逐渐普及。LTE230系统是一种基于TD-LTE技术，并以230 MHz电力专用频点为传输基础的通信系统。该系统能够有效增加容量，提升传输效率，保证业务数据传输的安全性和高效性[1]。因此，亟需对基于LTE230的电力无线通信专网进行深入研究。

1 电力无线通信的现状

随着科学技术的快速发展，无线网通信技术日渐完善。其主要优势体现在可在各种较为恶劣的环境下正常运行，灵活性与拓展性均较好，维护方便，具有极大的推广应用价值，有利于进一步提升我国通信服务水平[2]。

现阶段，由于不少电力网络在建设初期未能够实施科学规范，存在国家电力通信体制较为混乱与通信性能较差问题，给现有光纤通信技术的发展造成一定的阻碍。因此，电力公司与相关机构均投入了大量的资金、人力与物力，不断研究与开发新型网络通信技术，尝试将各种先进的通信技术应用于电力领域中，以期进一步提高我国电力网络发展水平，为人们提供更加可靠的电力服务。

2 230 MHz频段

根据国家相关规定，在无线通信遥测、遥控与数据传输等业务的推广应用中，要求采用223.025～235.000 MHz频段，共计12 Mbit/s带宽与480个频点，规划为单频、双频组网频段。其中，2.5 MHz频段为能源、军队、气象、地震、水利、地矿、轻工以及建设等行业专用。而1 MHz（40个25 kHz离散频点）配用于电力负荷监控，是授权频点最多的行业，其余9 MHz可由不同行业根据自己的业务需求单独申请使用。

2013年工信部无函〔2013〕492号文件颁发，明确提出电力负控230 MHz频谱资源使用政策；2016年工信部发布无函〔2016〕218号、219号文件颁发，支持3.5 MHz频谱230 MHz电力无线专网试点，为230 MHz频谱带宽的推广应用提供先期测试。

3 无线通信专网的实现技术

3.1 载波聚合技术

在无线通信系统应用过程中，系统分配的频点数量并不多，在传统的数传电台运行中，通常只有一个频点可以进行数据传输。通过将载波聚合技术应用于LTE230系统，当频带为离散的窄带时，能够将多个离散的信道作为成员载波，同时，还能够聚合分散的成员载波，统一分配给电力用户，以此产生高于原有窄带系统很多倍的传输宽带，提升宽带传输效果。与LTE-A系统相比，LTE230系统应用的载波聚合技术为混合形式，即在物理层中，同一个用户的子载波共用一个传输块，这样不仅能够加快数据传输效率，还能够提升频谱效率。子载波的数据流在MAC层中发生聚合，用户能够应用独立的传输块，因此，用户可以进行单独调制，有效提升调度控制水平。此外，载波聚合技术可以将多个成员载波进行聚合，且不需要再次调制编码方案或者设计物力信道，提升了LTE230系统的载波承载数据水平。

3.2 正交频分多址技术

实际应用正交频分多址技术时需要调制OFDMA各子载波。由于可以采用FFT技术实现多个载波之间的重叠，可以做到时间、频率的同步，同时，由于该技术采用上行链路的功率控制形式，能够最大程度降低干扰，提升系统传输效率。在应用OFDMA多址技术时，需要使用载波间的保护频带，因而会在一定程度上影响频谱效率，对此，可运用正交频分多址技术将信道划分为多个信道，并结合各个信道的实际情况，合理分配传输功率，从而增加系统容量，提升频谱效率。

3.3 自适应重传技术

自适应重传技术是一种先进的物理层技术，能够将自动重传请求与前向纠错进行有效结合。通过将其应用于系统运行中，可在一定的信道条件基础上改变传输效率，且应用效果不会受到暂态信道测量结果与时间的影响。同时，自适应重传技术可根据信道条件变化形式，选择合适的调制模式与编码方式。在LTE230系统实际应用中，高强度影响会对信道条件造成不良影响，而应用低阶调制模式，可以降低数据传输速度，保证数据传输的准确性。如果信道条件比较差，则可以应用高阶调制模式，增加频谱利用，促进传输效率的提升。

4 电力无线通信专网在LTE230系统下的构建

4.1 单基站覆盖的优势

鉴于电网分布范围广且布局分散，采用单基站覆盖形式可以有效减少相同覆盖面积下的基站数量，优化网络结构，有助于实现网络之间的无缝对接，强化网络覆盖。覆盖能力是检验通信网络性能的重要指标，对网络建设成本也有直接影响。因此，进行电力无线通信专网建设时需要重点考量覆盖能力。实际测试数据表明，230 MHz频段的覆盖能力远远高出400 MHz、1 400 MHz以及1 800 MHz等频段。LTE230系统的工作频段正是230 MHz，其频谱呈现出25 kHz窄带离散梳状分布的特点，通过对农村、郊区以及城区三种不同的工作环境实施仿真，可分析解调门限、干扰余量以及阴影衰落等方面的性能因素，得出LTE230系统的准确覆盖能力。LTE230覆盖半径如表1所示。

4.2 LTE230系统在电力业务中的适用性

在电力无线通信专网建设中应用LTE230系统，需要明确业务特点。通常，在智能电网配用电侧，会同时存在小宽带与大宽带，其中小宽带最主要。此外，终端种类复杂，数量较多，分布分散，为满足实时性要求，必须对业务进行分级管理。在LTE230系统下存在SPE系列的高性能终端与LCM系列的低性能终端。其中，SPE可以在检修、抢修以及可视化管理等高速率的大带宽业务中应用，而LCM主要用于负荷控制、信息采集等低速率的小带宽业务。同时，LTE230系统可以支持超过2 000个终端同时在线通信，是常规通信系统的5倍，可满足电力系统庞大的业务需求。LTE230系统也可以针对不同类型的电力业务进行分级管理，区别出不同业务之间的操作流程与顺序，提升业务处理效率。

4.3 LTE230系统的传输速率

传统的数传电台230频段仅能使用单一的频段资源，效率低，最大速率仅为19.2 kb/s，不能满足电力无线通信专网发展的实际需求。如果采取提高数据采集频率的形式来实现阶梯电价或分时电价，会导致电力系统的通信量大幅攀升，且若要进一步开发视频传输功能，数据传输速率至少要达到200 kb/s才能满足业务需求，这是当前的电力无线通信专网无法实现的。而LTE230系统的频谱资源具有窄带离散与梳状无规则的分布特点。其基础是LTE核心技术，可将未连续分配的载波聚合，进而统一分配给电力用户，保证宽带传输效果[3]。此外，在LTE230系统应用过程中，可根据电力业务的不同，灵活选择聚合程度以及是否进行聚合，实现频段资源的高效利用。在LTE230系统中，电力无线通信专网的上下峰值可到15 Mb/s和6 Mb/s。

5 结 论

LTE230系统的覆盖范围大，且应用成本较低，能够有效满足人们对电力配网无线通信的需要，提升用电信息采集系统的承载能力。