普天技術(shù)助力打造“堅強智能電網(wǎng)”

一、 總體背景隨著智能電網(wǎng)建設的不斷推進以及與“互聯(lián)網(wǎng)+”的高度融合，電力業(yè)務終端規(guī)模迅速擴大，各行業(yè)對電網(wǎng)的供電質(zhì)量和用戶服務提出了更高的要求。經(jīng)過多年的建設，電力通信骨干網(wǎng)已經(jīng)具備一定規(guī)模，通過光纖網(wǎng)絡連接的電力節(jié)點，對提高供電的可靠性，提升服務水平起到了重要支撐作用。然而隨著電力終端規(guī)模和業(yè)務應用形式的不斷擴大，現(xiàn)有終端通信接入網(wǎng)暴露出一些問題，一方面由于建設光纖網(wǎng)絡投資高、覆蓋慢、建設周期長、維護困難等原因，很難做到電力終端的全面覆蓋，無法實現(xiàn)電網(wǎng)末梢各類通信業(yè)務的綜合接入；另一方面，租賃無線公網(wǎng)信道存在安全性差、與公眾競爭信道，通信質(zhì)量不可控、高額租賃費，以及2G即將退網(wǎng)等嚴峻問題。基于上述原因，國家電網(wǎng)公司積極研究無線專網(wǎng)解決方案，有助于解決實際問題，實現(xiàn)“最后一公里”業(yè)務的快速接入與覆蓋。

二、 系統(tǒng)簡介普天新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)是將TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)遷移到223-235MHz工作頻段，針對電力行業(yè)應用深度定制的無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)運用先進的載波聚合技術(shù)和頻譜感知技術(shù)實現(xiàn)了寬帶化應用和高抗干擾性。新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)契合當代物聯(lián)網(wǎng)理念，具有覆蓋廣、容量大、投入低、部署快等特點，可以承載數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務。

系統(tǒng)采用標準的LTE扁平化網(wǎng)絡架構(gòu)，相比原來的2G和3G網(wǎng)絡，扁平化網(wǎng)絡架構(gòu)可以降低組網(wǎng)成本，減少系統(tǒng)時延，增加組網(wǎng)靈活性。主要網(wǎng)元包括核心網(wǎng)設備（EPC）、網(wǎng)管設備(eOMC)、基站設備（eNodeB）和無線終端(UE)，網(wǎng)絡架構(gòu)如圖1。

圖1?? 新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)架構(gòu)圖

核心網(wǎng)設備（EPC）：負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，提供接口直接連接電力業(yè)務主站。

網(wǎng)管設備（eOMC）：負責核心網(wǎng)、基站、無線終端的遠程配置管理和狀態(tài)監(jiān)測。

基站設備（eNodeB）：負責通過空間接口與無線終端通信，實現(xiàn)資源調(diào)度、無線資源管理、無線接入控制、移動性管理等功能。

無線終端（UE）：無線終端提供無線數(shù)據(jù)的采集與傳輸，可直接嵌入式安裝于電力用采集中器、負荷控制等電力終端中。

三、 系統(tǒng)功能新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)設計理念為寬窄融合、一網(wǎng)多用，可以支持如下業(yè)務功能。

2? 數(shù)據(jù)業(yè)務

系統(tǒng)提供雙向數(shù)據(jù)通信能力，無線終端具備動態(tài)靈活的通信速率，對外設計RS232串行接口和RJ45以太網(wǎng)口，支持常見的電力數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，包括用電信息采集、配電自動化、分布式電源、充換電站（樁）等。

按照電力安全性防護要求，系統(tǒng)提供端到端的安全解決方案，從終端到基站，從基站到核心網(wǎng)均為雙向鑒權(quán)，加密傳輸，完整性檢測。核心網(wǎng)數(shù)據(jù)通過安全接入?yún)^(qū)進入生產(chǎn)控制區(qū)內(nèi)業(yè)務主站，通過安全接入平臺進入信息管理區(qū)內(nèi)業(yè)務主站。安全通道如圖2。

圖2? 電力業(yè)務接入通道圖

2? 集群語音

系統(tǒng)具備手持語音終端，配合集群軟件平臺可以實現(xiàn)集群語音業(yè)務，包括單呼、組呼、多方通話、廣播、視頻調(diào)度、遠程會議等功能。

2? 視頻傳輸

通過具有載波聚合功能無線終端，實現(xiàn)攝像機視頻流的寬帶傳輸，可對固定、移動攝像頭的視頻進行統(tǒng)一管理，支持電力現(xiàn)場視頻監(jiān)控、移動巡檢、輸變電機器巡檢等業(yè)務。

四、 方案亮點頻率創(chuàng)新應用

無線頻譜是不可再生的國家戰(zhàn)略資源，在通信技術(shù)高速發(fā)展的今天，世界各國均致力于采用新技術(shù)、新方法持續(xù)提升頻譜資源利用率。本解決方案突破傳統(tǒng)230MHz數(shù)傳電臺的技術(shù)模式，采用TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)提升頻譜效率，改善傳統(tǒng)數(shù)傳電臺的不足，國家無線電管理部門也支持對230MHz無線頻段的創(chuàng)新應用，并實際授權(quán)了更多的無線頻率支持國家電網(wǎng)開展此頻段的寬帶應用，取得了良好效果。

寬窄一體設計

基于載波聚合技術(shù)實現(xiàn)離散頻點高效利用。3GPP于R10版本中提出了載波聚合技術(shù)，通過多個連續(xù)或離散載波間的協(xié)同作用，利用更大的帶寬來增強系統(tǒng)容量，提高單小區(qū)吞吐量，降低小區(qū)干擾。新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)在低頻段實現(xiàn)多個25 kHz離散頻點的載波聚合，在同一個無線網(wǎng)絡內(nèi)，可針對不同業(yè)務通信需求配置無線終端使用不同的通信帶寬，實現(xiàn)寬窄融合、一網(wǎng)多用。

電力深度定制

新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)針對電力業(yè)務需求深度定制，優(yōu)化通信協(xié)議，降低傳輸時延，提升常駐網(wǎng)絡的終端數(shù)量，設計符合電力規(guī)約的通信模塊，并對業(yè)內(nèi)主流電力終端做適配性設計，降低網(wǎng)絡部署的難度和成本。

低成本廣覆蓋

230MHz頻段為低頻段,先天具有繞射能力強，傳輸距離遠特性，伴隨先進的編碼解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)低成本廣覆蓋的優(yōu)勢。相對其他頻段的無線系統(tǒng)，單基站可以覆蓋更大的面積，即利用較少的基站設備可以覆蓋更多區(qū)域，達到降本增效的目的。

五、 測試與應用新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)設計和應用過程中獲得多項測試認證，均證明其可以成為電力終端接入網(wǎng)的主要無線通信方式。

早在2012年2月，中國電機工程學會在北京組織召開的科學成果鑒定會，鑒定委員會一致認為：從智能電網(wǎng)應用需求出發(fā)，運用載波聚合、干擾協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)的新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)，首次在國際上應用，具有創(chuàng)新性。

2012年6月，工信部無線電管理局召開“230MHz頻段管理與技術(shù)創(chuàng)新研討會”，會議圍繞230MHz頻段管理與技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合無線電寬帶通信技術(shù)發(fā)展面臨的形勢，對載波聚合、頻譜感知等先進的新技術(shù)在智能配用電網(wǎng)的應用給予關(guān)注和支持，明確了通過新技術(shù)、新應用帶動頻譜資源管理創(chuàng)新的思路。

2014年3月，國家電網(wǎng)科學研究院針對新型230MHz無線寬帶通信系統(tǒng)進行安全性測試，驗證系統(tǒng)具備防止偽終端、偽基站、違核心網(wǎng)的外來攻擊，安全性極高。

2016年下半年，國家電網(wǎng)推動展開電力終端通信接入網(wǎng)試點工作，確認新型230MHz無線寬帶通信系統(tǒng)作為兩種主要通信技術(shù)之一，統(tǒng)一組織了無線性能測試、系統(tǒng)安全性測試、業(yè)務支撐能力測試，均獲得滿意結(jié)論。

2017年，無線電管理部門組織下，在浙江嘉興、重慶武隆、福建晉江進行新型230MHz無線寬帶通信系統(tǒng)相應關(guān)鍵技術(shù)通信試驗，并于2017年6月成功通過驗收，與會專家一致建議接下來的擴大規(guī)模試驗，將實現(xiàn)業(yè)務接入規(guī)模化。

2017年9月，中國無線電協(xié)會電力無線專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會在京召開。國家無線電監(jiān)測中心、普天技術(shù)等39家會員單位代表參會。產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟旨在加強以LTE 230為主的無線專網(wǎng)技術(shù)研發(fā)應用，制定、推廣電力無線專網(wǎng)標準體系，構(gòu)建完善的電力無線專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，促進電力無線專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國網(wǎng)信通部主任王繼業(yè)會上發(fā)言，指出電力無線專網(wǎng)因經(jīng)濟高效、敷設靈活、應用廣泛，成為支撐終端通信接入網(wǎng)建設的最有效方式。

國家電網(wǎng)業(yè)務應用

新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)自2009年開始研發(fā)，經(jīng)過多年的不斷改進和全國多個試點網(wǎng)絡應用實踐，系統(tǒng)已經(jīng)成熟。已經(jīng)建設LTE230電力無線通信網(wǎng)絡的省市包含且不限于北京、天津、冀北、江蘇、浙江、重慶、山東、福建、湖北、山西、青海、寧夏、深圳、廣州等。2014年“新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)研究與應用項目”榮獲國家電網(wǎng)公司科技進步二等獎。

?? 浙江嘉興電力無線專網(wǎng)

浙江嘉興海鹽縣供電有限公司2010年開始研究應用新型230Mhz電力無線寬帶通信系統(tǒng)及應用、并被定為全國范圍內(nèi)第一個開展TD-LTE技術(shù)在智能電網(wǎng)實際應用試點的城市。截止2017年10月共建成包含11座無線基站的通信網(wǎng)絡，實際接入無線通信終端7584個，通過230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)承載的電力業(yè)務應用涉及用電信息采集、配變監(jiān)測、故障指示器、視頻傳輸、移動應用、配電自動化、分布式電源、充換電（站）樁、路燈管理、語音集群等。隨著國家電網(wǎng)終端通信接入網(wǎng)工作的統(tǒng)一規(guī)劃部署，嘉興海鹽的無線網(wǎng)絡也在持續(xù)建設中，并通過不斷的研究與探索，基于無線應用提高智能電網(wǎng)的管理水平和工作效率。如圖3所示。

圖3? 嘉興海鹽網(wǎng)絡覆蓋示意圖

?? 江蘇昆山電力無線專網(wǎng)

昆山市工廠林立，專變用戶眾多，負荷控制終端對通信信道的速率和延遲性要求較高，但是之前采用的數(shù)傳電臺技術(shù)落后，已經(jīng)無法保證負荷數(shù)據(jù)的及時獲取和控制指令的實時下發(fā)。昆山電力公司建設包含14座基站的新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)，覆蓋整個昆山市1000平方公里，首批接入的3000家企業(yè)用戶負荷控制終端，系統(tǒng)接入能力提高了50~60倍，數(shù)據(jù)采集和控制效率明顯提高，同時實現(xiàn)了企業(yè)用電數(shù)據(jù)采集與反饋的實時化和電力負荷控制、配電監(jiān)測、低壓集抄等三大功能的集成化。如圖4所示。

圖4? 江蘇昆山網(wǎng)絡覆蓋仿真圖

其他行業(yè)應用

新型230Mhz電力無線寬帶通信系統(tǒng)具有廣深覆蓋優(yōu)勢也廣泛應用于智慧油田業(yè)務應用，用作生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集業(yè)務、井場高清視頻監(jiān)控業(yè)務、難點井場高清圖片監(jiān)控業(yè)務等場景。

在電力、石油等能源行業(yè)外，新型230Mhz電力無線寬帶通信系統(tǒng)還可以為農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域建設無線專網(wǎng)，提供豐富的物聯(lián)網(wǎng)應用。

六、 結(jié)束語除了提供更高的數(shù)據(jù)速率之外，5G技術(shù)的一個重要目標是實現(xiàn)萬物互聯(lián), 物聯(lián)網(wǎng)將廣泛適用于電力、石油、農(nóng)業(yè)、林業(yè)監(jiān)測、抄表、資產(chǎn)管理等多種多樣的應用場景，新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)已經(jīng)在這個進程中邁出堅實的步伐。

普天技術(shù)助力打造“堅強智能電網(wǎng)”，從能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)“最后一公里”通信的需求出發(fā)，探討構(gòu)建符合電力業(yè)務特征的無線專網(wǎng)技術(shù)應用創(chuàng)新模式，通過對電網(wǎng)設備與用戶的實時感知與交互，支撐電網(wǎng)運行智能化、用電服務主動化。打造提升末端業(yè)務的感知能力與數(shù)據(jù)掌控能力，促進電網(wǎng)運營水平及服務模式質(zhì)的飛躍，為“互聯(lián)網(wǎng)+服務、營銷、運檢、調(diào)度、物資、管理”實踐創(chuàng)造載體，最終促進電網(wǎng)規(guī)劃精細化、建設投資精準化、電網(wǎng)調(diào)度精準化及營銷服務主動化。

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是5G標準帶來的物聯(lián)網(wǎng)接入場景，激發(fā)了許多新的技術(shù)來改進，新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)將逐步引入相關(guān)5G核心技術(shù)來快速提高網(wǎng)絡的廣深覆蓋、低時延高可靠等主要網(wǎng)絡性能，推動電力無線通信專網(wǎng)向5G技術(shù)的平滑演進。