摘要：结合智能电网配用电应用的通信需求，基于4GLTE核心技术定制开发的LTE230系统，以其低成本广域覆盖的优势在众多无线专网体制中显现优势。该系统具有覆盖半径大、支持海量用户、电力业务适应性强、传输速率高、安全可靠等特点，为电力系统提供了完整专业的电力通信解决方案。某市电力公司结合电力配用电业务需求，建设了LTE230试验网络，验证了系统在密集城区的覆盖能力、电力业务承载能力和宽带传输能力。
关键词：电力无线专网；LTE230系统；覆盖能力；宽带传输
随着智能电网建设的展开，电力业务对可靠性、安全性的需求不断提高，电力无线专网建设受到越来越多的关注。LTE230系统是工作在230MHz频段的无线专网通信系统，低频段覆盖距离远的特点使其在建网和后期维护成本上皆优于其它系统，在电力配用电领域具有良好的推广应用价值。
一、基于LTE230系统的电力无线通信专网
1.单基站覆盖半径
智能电网配用电业务终端分布范围广且分散，采用广覆盖基站不仅能减少同等面积下基站的数量，更能降低网络规划、网络优化的复杂度，实现通信网络的无缝覆盖，减少基站边缘弱覆盖、盲区出现的概率，降低终端切换可能性，从而提高电力通信的稳定性和可靠性。覆盖能力不仅是无线通信系统的重要指标，更直接影响到网络的成本。这里的成本不仅包括硬件成本，同时包括站址的租金、工程安装、供电、人员维护成本。因此，覆盖能力是电力通信选择何种通信系统的关键因素之一。
在同等条件下，根据实测数据建立Okumuram-Hata模型，分别对工作在230MHz、400MHz、1400MHz、1800MHz、2400MHz频段的通信系统覆盖能力进行仿真测试，从测试结果可以看出，230MHz频段的覆盖能力是2400MHz频段的5.5倍。
本文对LTE230系统自身的覆盖能力也进行了详尽分析。LTE230系统工作在230MHz频段，仿真过程中考虑了该频段频谱呈25KHz窄带离散梳状分布特点，并选取了密集城区、郊区、农村三种典型环境作为仿真对象，在天线挂高为30m的情况下，LTE230系统的最远覆盖半径在密集城区达到2.68km，在郊区环境达到5.89km，农村环境达到18.24km，充分验证了系统的广域覆盖能力。
2.电力业务适用性
智能电网配用电侧的主要业务特点：1）大带宽与小带宽业务共存，小带宽业务为主。2）终端数量大、种类多且分布分散。3）业务实时性要求不同，需要分级管理。如何结合以上业务特点与应用需求定制开发，成为系统设计的关键点。
针对特点一，LTE230系统设计了低成本的LCM系列终端和高性能的CPE系列终端。LCM系列可用于用电信息采集、配电自动化、负荷控制等业务对速率要求较低的小带宽业务；CPE系列可应用于应急抢修、检修及移动资产可视化管理对速率要求较高的大带宽业务。此外，两个系列的LTE230终端均可根据不同业务种类的需求，具备外置式、内置式、网口传输、串口传输等多种与电力通信紧密结合的终端形态与端口，且终端体积小、集成度高，符合现有电力通信终端标准规范。
针对特点二，LTE230系统单扇区可以支持2000个通信终端实时在线，是通用无线通信系统的4~5倍，可以满足电力业务海量终端的通信需求。
针对特点三，LTE230作为电力无线专网系统，可以为不同种类的电力业务设置优先级，区别于传统通信系统一概而论的情况，保证高优先级业务的实时性、可靠性。
基于以上分析可以看出，LTE230系统是为电力行业定制开发的无线通信系统，与电力业务的匹配度、适用性要优于基于通用标准开发的通信系统。
3.传输速率
230MHz频段频谱资源呈无规则、梳状、离散窄带分布，传统230数传电台仅能利用单一窄带资源，频谱效率较低，仅为0.7bps/Hz，峰值吞吐量仅能达到19.2kbps，远远达不到智能电网未来规划业务的通信能力。如用电信息采集业务将由现在的每天采集一次改为每15min采集一次，以满足分时电价、阶梯电价的需求，采集频度的提高必然导致通信数据量的增加，再如应急视频传输业务更需要至少200kbps的数据传输速率，目前的通信系统很难满足要求。
LTE230系统基于LTE核心技术设计，采用载波聚合技术，将每个离散信道看做一个成员载波，将不连续分配的成员载波进行聚合，并统一分配给一个用户使用，从而达到宽带传输效果。LTE230系统可根据不同电力业务的带宽需求，选择是否聚合及聚合程度，从而使宝贵的频谱资源得到灵活、充分的利用，多种电力业务可以承载在同一张通信网上。LTE230系统的频谱效率高达2.5bps/Hz，上行峰值速率可达15Mbps，下行峰值速率可达6Mbps。
三、某电力公司LTE230试验网情况
某电力公司建设了LTE230试验网，通过实际的建网测试分析，验证了LTE230系统在密集城区的覆盖能力及针对配用电网的业务承载能力。
1.网络拓扑结构
整个网络拓扑结构如图1所示，由1套核心网设备，1套eOMC网管设备，1套基站和若干个配套通信终端构成。
2.RSRP覆盖测试结果
试验所在区域位于该市二环内，属高密度城区环境，对无线信号的传输阻挡较为严重，对基站的覆盖能力是较为严峻的考验。从实际测试结果来看，RSRP＞-110dBm的区域超过92%，即有效覆盖面积超过92%，北向、西向、南向的覆盖半径均可达3km以上，东向覆盖效果更好，可以达到6km，实测结果与理论值相符，LTE230系统的广域覆盖能力得到了验证。
3.承载的电力业务种类
结合电力行业配用电网中的配电自动化、用电信息采集、负荷控制、应急抢修视频传输等业务需求，LTE230试验网对系统的业务适用性进行了充分的测试与验证，为后续开展更为丰富的电力业务、满足更为广泛的业务需求打下了良好基础。
4.传输速率测试结果
电力通信多为上行数据传输为主的非对称业务，上行吞吐量通常是电力通信系统的关键路径，所以本次测试仅针对上行传输速率进行测试，下行传输速率可类比。采用电力授权频点，不同调制方式下的外场传输速率测试结果不同。系统最大吞吐能力在采用64QAM调制方式时，上行理论值可达15Mbps。
结论
LTE230系统专注于电力配用电业务的无线通信需求，以其广覆盖低成本优势、系统本身的技术先进性以及对电力业务的适用性，应用于电力配用电网。基于LTE230系统建设的电力无线专网，验证了系统在密集城区的广覆盖能力，最大覆盖半径可达3km以上，在部分覆盖较好的区域甚至可达6km。与此同时，完成了配电自动化、用电信息采集、负荷控制、应急抢修视频传输等多种电力业务在LTE230试验网的承载，验证了系统的业务适用性。随着多种电力业务的开展和终端数量的增加，多样化、智能化、规模化的智能电网建设将逐步深入。电力LTE230试验网的成功投入运行，为将来的电力通信专网建设提供了良好的借鉴意义和示范作用。
参考文献
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论文作者:郑五洋,
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/28
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