面向電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能干擾分析系統(tǒng)研究

張棟 李璨

摘要：本文提出一種面向電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)，具有設(shè)備管理、頻率監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和干擾分析四大功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)相關(guān)頻段干擾信號(hào)的檢測(cè)、識(shí)別和定位。

Abstract： This paper proposes an intelligent electromagnetic interference analysis system for power 1.8G LTE wireless private network， which has four functions： equipment management， frequency monitoring， data analysis and interference analysis. It can detect， identify and locate interference signals in the relevant frequency bands of the power 1.8G LTE wireless private network.

關(guān)鍵詞：電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng);干擾分析系統(tǒng);干擾定位

Key words： electric power wireless private network;interference analysis system;interference location

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）27-0207-02

0? 引言

目前，國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)在多個(gè)網(wǎng)省公司建設(shè)了基于LTE 技術(shù)的電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)，有效支撐了電力業(yè)務(wù)的通信承載需求，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)終端側(cè)業(yè)務(wù)的靈活泛在接入，提升了電網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能化水平[1-5]。無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)在電力行業(yè)取得應(yīng)用成果的同時(shí)，存在的一些問(wèn)題也逐步暴露，其中干擾問(wèn)題對(duì)電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的性能影響尤為突出，比如各類(lèi)非法電臺(tái)的干擾等，干擾嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)影響到專(zhuān)網(wǎng)所承載的電力業(yè)務(wù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，特別是對(duì)于1.8GHz頻段的電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，由于1.8GHz頻段屬于多行業(yè)共用的頻段，非電力專(zhuān)用頻段，所以干擾問(wèn)題更加突出。因此，迫切需要對(duì)面向電力1.8GLTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行電磁干擾方面的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的分析、識(shí)別和定位，保證電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種面向電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)，為電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)建成后的電磁干擾分析、識(shí)別和定位提供一種思路與架構(gòu)。

1? 面向電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

面向電力1.8GLTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)主要包括四大功能，分別是：設(shè)備管理、頻率監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和干擾分析。功能架構(gòu)圖如圖1所示。

2 面向電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備管理功能

系統(tǒng)主要通過(guò)設(shè)備監(jiān)控接口來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控各干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。監(jiān)測(cè)狀態(tài)在形式上以?xún)煞N方式提供：第一，以列表方式給出所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的概略工作狀態(tài)（主要是設(shè)備名/標(biāo)識(shí)、位置、是否在工作、工作模式、工作狀態(tài)）;第二，以詳細(xì)信息方式給出特定單個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的詳細(xì)工作狀態(tài)、工作模式、工作參數(shù)。系統(tǒng)可以對(duì)電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，能夠監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，是否脫網(wǎng)等。另外能夠控制監(jiān)測(cè)設(shè)備隨時(shí)接入或脫離干擾分析系統(tǒng)。

①組網(wǎng)配置。系統(tǒng)通過(guò)接口整合電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警。具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障的自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警能力。

②節(jié)點(diǎn)配置。實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備的控制。通過(guò)系統(tǒng)連接監(jiān)測(cè)設(shè)備，可配置監(jiān)測(cè)設(shè)備的參數(shù)、對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備下達(dá)相應(yīng)的工作指令等。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)管理、資源管理和監(jiān)測(cè)定位數(shù)據(jù)管理等功能。

監(jiān)測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)維護(hù)：監(jiān)測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)有自檢、及一定的自我恢復(fù)能力;分組與合并：能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)分組執(zhí)行任務(wù)或合并執(zhí)行任務(wù)，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)的要求將工作組的控制權(quán)交回。

③用戶(hù)權(quán)限管理功能。系統(tǒng)提供不同的用戶(hù)權(quán)限，保證系統(tǒng)的安全，對(duì)用戶(hù)應(yīng)提供不同的操作權(quán)限，包括管理員、訪問(wèn)權(quán)限等。由超級(jí)管理員審批用戶(hù)注冊(cè)的信息和權(quán)限，審批通過(guò)后將用戶(hù)信息及操作權(quán)限添加到用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù);將輸入的用戶(hù)名和密碼到用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)，如用戶(hù)信息不在用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，則提示用戶(hù)為不合法用戶(hù);用戶(hù)操作相應(yīng)功能時(shí)與用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)返回的操作權(quán)限進(jìn)行對(duì)比，如操作已授權(quán)，則開(kāi)始操作相應(yīng)功能，否則提示未授權(quán)信息。用戶(hù)權(quán)限配置分類(lèi)如表1所示，其中A級(jí)為最高權(quán)限，依次遞減。

2.2 頻率監(jiān)測(cè)功能

①固定頻率監(jiān)測(cè)功能。對(duì)某個(gè)或多個(gè)已知固定頻率信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，對(duì)信號(hào)的頻率、電平、場(chǎng)強(qiáng)等按照ITU規(guī)范進(jìn)行測(cè)量，以圖形方式顯示測(cè)量結(jié)果。

1）固定頻率監(jiān)測(cè)主要請(qǐng)求參數(shù)：

掃描模式：選擇固定頻率測(cè)量;起始時(shí)間：指定開(kāi)始監(jiān)測(cè)的時(shí)間;結(jié)束時(shí)間：指定結(jié)束監(jiān)測(cè)的時(shí)間;中心頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻率，例：frequency=230MHz;帶寬：指定被監(jiān)測(cè)頻率的中頻帶寬（也稱(chēng)濾波帶寬），例：帶寬=120kHz。

注：監(jiān)測(cè)設(shè)備提供的中頻帶寬與請(qǐng)求指令不一致時(shí)，應(yīng)取不小于它的最接近的值。

2）頻率監(jiān)測(cè)。固定頻率監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)測(cè)量，主要根據(jù)設(shè)備能力測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度以及部分ITU電聯(lián)規(guī)定的信號(hào)相關(guān)指標(biāo)，同時(shí)可以顯示測(cè)量頻率隨時(shí)間變化的占用度和電平值統(tǒng)計(jì)情況。系統(tǒng)支持一個(gè)或多個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置好要測(cè)試的中心頻率和帶寬，可以顯示測(cè)試信號(hào)的頻率、電平值等，同時(shí)也可以顯示信號(hào)的波形圖。

3）信號(hào)統(tǒng)計(jì)。實(shí)時(shí)值指的是信號(hào)瞬間時(shí)刻的值，這個(gè)值根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)不斷變化。最大值只是信號(hào)中電平的最大值，一般信號(hào)都有一個(gè)電平最大值和最小值。平均值是根據(jù)積分計(jì)算出來(lái)的，電平在一段時(shí)間中的平均值。計(jì)算平均值的基本原理是在信號(hào)波形圖上先計(jì)算出面積，然后除以時(shí)間。系統(tǒng)可以對(duì)固定頻率進(jìn)行信號(hào)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)鼠標(biāo)移動(dòng)到想要了解的頻率，會(huì)顯示實(shí)時(shí)值、最大值、平均值、最小值等，另外也可以通過(guò)固定頻率測(cè)量，直接分析某一固定頻率的所有信息。

4）實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在測(cè)量過(guò)程中能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，能夠?qū)Υ鎯?chǔ)的文件大小進(jìn)行切割，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠回放。

②頻段掃描監(jiān)測(cè)功能。

1）頻段掃描主要請(qǐng)求參數(shù)：

掃描模式：指定頻段掃描模式;起始時(shí)間：指定開(kāi)始監(jiān)測(cè)的時(shí)間;結(jié)束時(shí)間：指定結(jié)束監(jiān)測(cè)的時(shí)間;監(jiān)測(cè)頻段起始頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻段的起始頻率，例：startfreq=230.0MHz;監(jiān)測(cè)頻段終止頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻段的終止頻率，例：stopfreq=235.0MHz;步進(jìn)頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻段的各個(gè)頻率步長(zhǎng)，例：step=100000Hz;掃描帶寬：指定掃描分辨率帶寬，例：bw=100kHz。

注：監(jiān)測(cè)設(shè)備提供的掃描帶寬與請(qǐng)求指令不一致時(shí)，應(yīng)取不小于它的最接近的值;如果監(jiān)測(cè)設(shè)備不支持該參數(shù)，可以不處理該參數(shù)。

2）頻段掃描。測(cè)量一段或多段連續(xù)的帶寬一致的頻率，可查看各頻率信號(hào)的強(qiáng)弱、占用度等信息。同時(shí)可以與臺(tái)站或樣本庫(kù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)。系統(tǒng)提供多種數(shù)據(jù)分析功能，包括實(shí)時(shí)信號(hào)、頻率掃描數(shù)據(jù)（最大、最小、均值）、頻率掃描瀑布圖分析等。

3）參數(shù)顯示。在頻段掃描時(shí)，可通過(guò)移動(dòng)鼠標(biāo)實(shí)時(shí)拾取測(cè)試電平、頻率、測(cè)試時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。

4）信號(hào)監(jiān)聽(tīng)。在頻段掃描時(shí)，可用鼠標(biāo)拾取方式選擇單個(gè)信道進(jìn)行“監(jiān)聽(tīng)”，查看當(dāng)前信號(hào)的變化情況，也可通過(guò)添加頻標(biāo)的方式，添加需要監(jiān)聽(tīng)的頻率，顯示監(jiān)聽(tīng)頻率的實(shí)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度。

5）信號(hào)分析。在頻段掃描時(shí)，用戶(hù)根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)頻段狀況設(shè)定某一門(mén)限值，當(dāng)信號(hào)電平超過(guò)此門(mén)限值并持續(xù)一定的時(shí)間，可判別此信號(hào)有異常，用戶(hù)可直接切換到對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的中頻進(jìn)行測(cè)量。

6）實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)功能和固定頻率監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)功能一樣，通過(guò)勾選存儲(chǔ)按鈕，就可對(duì)當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

2.3 數(shù)據(jù)分析功能

①占用度統(tǒng)計(jì)。設(shè)定頻率占用門(mén)限值，統(tǒng)計(jì)分析一段時(shí)間頻率的占用情況，以統(tǒng)計(jì)超過(guò)門(mén)限的時(shí)間占總時(shí)間的百分比表示。

②信號(hào)統(tǒng)計(jì)。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算并加以統(tǒng)計(jì)分析，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁環(huán)境及其態(tài)勢(shì)的分析，可以了解電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)頻譜資源和電磁環(huán)境的真實(shí)狀況，為查找干擾提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)提供包括：頻域統(tǒng)計(jì)、時(shí)域統(tǒng)計(jì)、信道占用度統(tǒng)計(jì)等統(tǒng)計(jì)功能。

③數(shù)據(jù)回放。系統(tǒng)支持對(duì)已存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，用戶(hù)可以查看一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備的掃頻數(shù)據(jù)、瀑布圖等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)再現(xiàn)和再分析。

2.4 干擾分析

①干擾識(shí)別。系統(tǒng)能夠通過(guò)電平門(mén)限，首先判別某一頻點(diǎn)是否有信號(hào)，當(dāng)電平超過(guò)門(mén)限且時(shí)間占用度高于門(mén)限時(shí)判別此頻率有信號(hào)。其次，根據(jù)臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)有相應(yīng)的頻率臺(tái)站，且位置相符可判別此信號(hào)為正常合法信號(hào);當(dāng)信號(hào)電平比較強(qiáng)同時(shí)占用度也比較高，臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有查詢(xún)到相應(yīng)的臺(tái)站，判別此信號(hào)為干擾信號(hào)，需要對(duì)此信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步觀察和分析，以此最終確定是否為干擾信號(hào)，針對(duì)干擾信號(hào)，可以進(jìn)行定位分析。

②干擾定位。計(jì)算定位區(qū)域的發(fā)射源位置，通過(guò)分析信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度比較強(qiáng)，同時(shí)占用度也是最高區(qū)域，此位置區(qū)域?yàn)樾盘?hào)源位置概率比較大的位置，統(tǒng)計(jì)符合概率統(tǒng)計(jì)的最大概率的位置為信號(hào)源發(fā)射位置。

3? 結(jié)語(yǔ)

本文提出的面向電力1.8G LTE無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)有助于電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)運(yùn)維管理人員及時(shí)準(zhǔn)確掌握無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)覆蓋區(qū)域的電磁干擾情況，快速獲取干擾的位置和類(lèi)型等信息，及時(shí)處理干擾信號(hào);有利于提高1.8G LTE電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的科學(xué)化智能化管理水平，對(duì)保障電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

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