電力終端通信接入網(wǎng)中TD-LTE無線技術(shù)的應(yīng)用前景及建議

易德輝

【摘要】 文章通過分析電力通信終端接入網(wǎng)建設(shè)中存在的問題、TD-LTE無線技術(shù)具有的技術(shù)優(yōu)勢和和采用該技術(shù)組建電力專網(wǎng)中存在的瓶頸，建議加快電力無線專網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定、頻率申請(qǐng)和對(duì)外合作等工作，推進(jìn)TD-LTE無線接入網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 接入網(wǎng) 技術(shù) 應(yīng)用 建議

終端通信接入網(wǎng)在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)中的比重將逐年上升，我國電力終端通信接入網(wǎng)特別是10kV通信接入網(wǎng)目前規(guī)模還不大，今后技術(shù)方向的選擇事關(guān)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維成本和網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定性能。因此，研究終端通信接入網(wǎng)建設(shè)中存在的問題，探討TD-LTE無線技術(shù)的應(yīng)用前景具有重要意義。

一、電力終端通信接入網(wǎng)概念及現(xiàn)狀

終端通信接入網(wǎng)是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的重要組成部分，電力系統(tǒng)骨干通信網(wǎng)絡(luò)的延伸，提供配電與用電業(yè)務(wù)終端與電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)的連接，具有業(yè)務(wù)承載和信息傳送功能，分為10kV通信接入網(wǎng)和0.4kV通信接入網(wǎng)兩部分[1]。

10kV通信接入網(wǎng)是指覆蓋10kV（20千伏、6千伏）配電網(wǎng)的開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)單元、柱上開關(guān)、配電變壓器、分布式能源站點(diǎn)、電動(dòng)汽車充換電站和配電線路等的通信網(wǎng)絡(luò)，主要承載配電自動(dòng)化、配變監(jiān)測等業(yè)務(wù)[2]。0.4kV通信接入網(wǎng)是指覆蓋變壓器的0.4kV出線至低壓用戶表計(jì)、電力營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、電動(dòng)汽車充電樁和分布式電源等的通信網(wǎng)絡(luò)，主要承載用電信息采集、用電營業(yè)服務(wù)、用戶雙向互動(dòng)等業(yè)務(wù)[1]。目前我國各地已建的10kV通信接入網(wǎng)主要是為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化而建設(shè)的，采用了電力以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）、工業(yè)以太網(wǎng)、中壓載波、無線通信4種通信技術(shù)，其中EPON和工業(yè)以網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最廣泛。無線通信又分無線公網(wǎng)和無線專網(wǎng)，最近幾年不少省份開展了無線專網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)，MacWill、WiMAX、230MHz數(shù)傳、TD-LTE技術(shù)均有涉及。0.4kV通信接入網(wǎng)主要采用無線公網(wǎng)方式，主要是為實(shí)現(xiàn)用電集抄租用運(yùn)營商的GPRS網(wǎng)絡(luò)。

二、電力通信終端接入網(wǎng)建設(shè)中存在的問題

終端通信接入網(wǎng)中需傳送的各類業(yè)務(wù)因具有分布范圍廣、站點(diǎn)多、通信設(shè)備工作環(huán)境較差的特征，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度相對(duì)較大。目前10kV通信接入網(wǎng)建設(shè)中以有線建設(shè)為主，在具體建設(shè)中面臨一些極為困難的挑戰(zhàn)。

（1）部分區(qū)域有線不可達(dá)。有線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)受地理環(huán)境影響很大，部分區(qū)域施工困難，一些老舊城區(qū)開發(fā)較早，甚至根本無法施工敷設(shè)線路。（2）租用公網(wǎng)無線安全性低，成本高，業(yè)務(wù)承載質(zhì)量差。公網(wǎng)具有私密性差、租賃費(fèi)用高、業(yè)務(wù)資源無法保證等各種缺陷，使用效果無法達(dá)到預(yù)期。（3）短距離無線通信技術(shù)帶寬低，受環(huán)境影響大，傳輸距離有限，僅適于簡單業(yè)務(wù)在小范圍的應(yīng)用，無法滿足配網(wǎng)全業(yè)務(wù)需求。（4）已建通信網(wǎng)絡(luò)基本無法滿足集群、重點(diǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控、現(xiàn)場作業(yè)回傳等新增業(yè)務(wù)的需求。（5）終端通信網(wǎng)建設(shè)中沒有統(tǒng)籌考慮10kV通信接入網(wǎng)和0.4kV通信接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)接入需求，而是各建各的，10kV通信接入網(wǎng)以生產(chǎn)線為主建設(shè)，0.4kV通信接入網(wǎng)營銷線為主建設(shè)，造成重復(fù)建設(shè)和多頭管理。

三、TD-LTE具有的技術(shù)優(yōu)勢

TD-LTE是我國主導(dǎo)的4G主流技術(shù)，繼承和發(fā)展了TD-SCDMA的獨(dú)有特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與FDD LTE的融合發(fā)展，集成了適應(yīng)于寬帶移動(dòng)通信傳輸?shù)谋姸嘞冗M(jìn)技術(shù)，如MIMO、OFDM、自適應(yīng)調(diào)制編碼、頻率選擇性調(diào)度、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)、更加扁平的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、控制面和用戶分離等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)容量和用戶體驗(yàn)的極大提升，已經(jīng)成為未來TDD技術(shù)發(fā)展的全球唯一標(biāo)準(zhǔn)。TD-LTE可以實(shí)現(xiàn)靈活的上下行時(shí)隙配比，滿足未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要的靈活上下行業(yè)務(wù)比例，最大限度地充分利用有限的頻率資源[3]。在眾多的通信方式中，TD-LTE寬帶無線技術(shù)以其頻帶寬、傳輸速率高、覆蓋范圍廣、業(yè)務(wù)支撐能力強(qiáng)、可靠、安全等特點(diǎn)，成為國際電力界公認(rèn)的電力無線通信技術(shù)發(fā)展趨勢。

（1）容量大。配用電網(wǎng)中的終端分布廣且數(shù)量巨大，網(wǎng)絡(luò)容量需求大。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的大容量特點(diǎn)能夠滿足電力專網(wǎng)需求，并且，隨著TD-LTE技術(shù)的不斷演進(jìn)，未來速率可達(dá)到1Gbps。

（2）安全性高。配電網(wǎng)絡(luò)、用電網(wǎng)絡(luò)都有高度安全需求，TD-LTE是多種技術(shù)融合演進(jìn)的結(jié)果，在繼承已有技術(shù)安全性的特點(diǎn)外，還在設(shè)備自恢復(fù)、業(yè)務(wù)QoS自保障、網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)層面數(shù)據(jù)加密鑒權(quán)方面得到了提升，能夠滿足電力專網(wǎng)安全性要求。

（3）業(yè)務(wù)配置靈活。電力專網(wǎng)業(yè)務(wù)以遙控、計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等為主，這些業(yè)務(wù)有上行帶寬高、終端位置固定等特點(diǎn)。TD-LTE具備上行業(yè)務(wù)帶寬可調(diào)、低時(shí)延、系統(tǒng)扁平等特點(diǎn)，并且對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量分等級(jí)進(jìn)行保障，可以解決電力專網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的諸多難題。

四、電力TD-LTE無線接入網(wǎng)建設(shè)中存在的問題

TD-LTE技術(shù)是當(dāng)前最佳的無線接入網(wǎng)技術(shù)，但是在電力TD-LTE無線接入專網(wǎng)建設(shè)中還存在不少問題。

1、TD-LTE公網(wǎng)業(yè)務(wù)模型無法滿足電力終端通信網(wǎng)的特殊需求。TD-LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是為滿足公眾通信網(wǎng)需求而制定的，雖然采用國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，接口高度開放，不同廠家之間的產(chǎn)品可以互聯(lián)互通，但僅僅進(jìn)行簡單的技術(shù)移植并不能完全滿足電力終端通信接入網(wǎng)的部分特殊需求。如配電網(wǎng)保護(hù)類、控制類（遙控）信號(hào)的安全、QoS方面問題，如集群中的調(diào)度、脫網(wǎng)直通功能等等。

2、覆蓋范圍問題。無線接入網(wǎng)信號(hào)覆蓋范圍是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可行性最關(guān)鍵的指標(biāo)，基站信號(hào)如果覆蓋半徑為1公里，那么信號(hào)覆蓋面積為3.14平方公里，而如果信號(hào)能覆蓋1.5公里半徑，那么信號(hào)覆蓋面積就能到達(dá)7.065平方公里。目前允許電力申請(qǐng)使用的1800MHz頻段，由于頻率較高，在密集城區(qū)覆蓋距離僅在1公里左右。

3、基站布點(diǎn)設(shè)置問題。電網(wǎng)在城區(qū)變電站、辦公樓等自有物業(yè)較多，但要不一定都是基站設(shè)置的最佳位置，如果要實(shí)現(xiàn)信號(hào)全城覆蓋，會(huì)存在需要租用機(jī)房和設(shè)置天線問題，這增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難度。

五、應(yīng)用TD-LTE技術(shù)建設(shè)電力專網(wǎng)建議

1、盡快制定出電力終端通信接入網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備生產(chǎn)廠家往往根據(jù)自己的理解設(shè)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品不一定完全滿足我們的需要，電網(wǎng)公司應(yīng)該盡快出臺(tái)無線專網(wǎng)設(shè)備功能、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)設(shè)備廠家生產(chǎn)適合電網(wǎng)需求的產(chǎn)品，由技術(shù)的追隨者轉(zhuǎn)變成技術(shù)的引領(lǐng)者。

2、申請(qǐng)電力專用無線頻段。1.8GHz頻段由于過高，信號(hào)衰減過快，導(dǎo)致覆蓋較差。230MHz頻段是電力專用頻段雖然好，但它是離散的頻點(diǎn)，帶寬受限。電力行業(yè)應(yīng)該統(tǒng)一向工信部提出申請(qǐng)，爭取一個(gè)1G以內(nèi)20MHz以上帶寬的專用頻段，如果成功將極大地減少建網(wǎng)成本。

3、開展與鐵塔公司合作，低成本解決基站布點(diǎn)問題。電力系統(tǒng)在上世紀(jì)八、九十年代建設(shè)了大量的微波站，這些站點(diǎn)占據(jù)不少高點(diǎn)資源，而且目前設(shè)施完好，可與鐵塔公司合作共享資源，將部分微波站和其他物業(yè)開放給鐵塔公司使用，同時(shí)利用鐵搭公司設(shè)施合理布設(shè)基站，爭取低成本解決無線基站布點(diǎn)問題。

六、結(jié)束語

TD-LTE技術(shù)是中國具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。由于頻譜資源的獨(dú)特優(yōu)勢，吸引了全球主流產(chǎn)業(yè)資源和主流運(yùn)營商[4]，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量高速增長，產(chǎn)業(yè)鏈已非常完整，為電力終端通信接入網(wǎng)采用該技術(shù)提供了產(chǎn)業(yè)保障，通過制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)設(shè)備生產(chǎn)廠家能生產(chǎn)出滿足電力系統(tǒng)需求的產(chǎn)品，以TD-LTE獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢，必然提升電力終端通信接入網(wǎng)的覆蓋面和可靠性，有力推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展。

終端通信接入網(wǎng)建設(shè)中采用TD-LTE技術(shù)，努力解決建設(shè)中存在的瓶頸問題，可以實(shí)現(xiàn)10kV通信接入網(wǎng)、0.4kV通信接入網(wǎng)、應(yīng)急通信三網(wǎng)合一，相比有線網(wǎng)絡(luò)降低建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本。TD-LTE無線技術(shù)在電力終端通信接入網(wǎng)中有良好的運(yùn)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).通信管理系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ) 第3部分：術(shù)語和定義（3.2.6）.Q/GDW 1871.3-2014

[2]國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).電力通信網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則（3.7）.Q/GDW 11358-2014

[3]李正茂、王曉云主編.TD-LTE技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn).北京：人民郵電出版社，2013.

[4]郭寶、張陽等編著.LTE學(xué)習(xí)筆記.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.