趙 晨

（中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

電力通信網(wǎng)主要業(yè)務(wù)需求包括精準(zhǔn)負(fù)荷控制和分布式電源監(jiān)控等控制業(yè)務(wù)、移動(dòng)運(yùn)檢和移動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)等移動(dòng)業(yè)務(wù)以及電動(dòng)汽車(chē)充換電站和輸變電狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。同時(shí)需滿(mǎn)足“三站合一”數(shù)據(jù)中心海量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的上傳需求。本文首先分析無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)在電力行業(yè)的應(yīng)用，其次提出了無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的建設(shè)策略并進(jìn)行了仿真，最后憑借國(guó)內(nèi)某地市電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，分析其建成后的效果。

1 230M無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)策略

某地市C的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)主要承載配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)，為用電信息采集終端提供遠(yuǎn)程通信通道，同時(shí)為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供支撐。截止到2018年年底，該區(qū)域內(nèi)共規(guī)劃無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)基站57座，有效覆蓋A類(lèi)供電區(qū)域15.75 km2，B類(lèi)供電區(qū)域59.04 km2，C類(lèi)供電區(qū)域217.21 km2。

1.1 TD-LTE 230M無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)需求分析

根據(jù)國(guó)網(wǎng)集團(tuán)下發(fā)的《國(guó)網(wǎng)信通部關(guān)于印發(fā)“十三五”期間變電站和辦公場(chǎng)所典型帶寬預(yù)測(cè)模型的通知》信通計(jì)劃【2015】82號(hào)的文件精神，將電力業(yè)務(wù)劃分為生產(chǎn)業(yè)務(wù)、管理信息業(yè)務(wù)以及管理信息業(yè)務(wù)（匯聚）3大類(lèi)。顯而易見(jiàn)，電力業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)存在明顯不同，因此TD-LTE 230M無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的容量需求與傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量需求間存在較大差異。

TD-LTE 230M無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)帶寬需求可通過(guò)不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型及其密度、單點(diǎn)帶寬、并發(fā)比以及面積來(lái)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算不同區(qū)域的業(yè)務(wù)需求及終端數(shù)得出各區(qū)域業(yè)務(wù)總帶寬。各區(qū)域業(yè)務(wù)總帶寬=∑（各區(qū)域覆蓋面積×業(yè)務(wù)終端密度×帶寬×并發(fā)比例）。

目前，終端通信網(wǎng)業(yè)務(wù)主要分為控制業(yè)務(wù)、移動(dòng)業(yè)務(wù)以及其他業(yè)務(wù)，常見(jiàn)的各類(lèi)業(yè)務(wù)的帶寬需求和并發(fā)比例如表1所示。

參考《電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通用要求第2部分：需求規(guī)范》（Q/GDW 11803.2—2018）的業(yè)務(wù)終端密度如表2所示。

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，預(yù)測(cè)至2025傳統(tǒng)業(yè)務(wù)帶寬需求為52.21 Gb/s，新型業(yè)務(wù)帶寬需求為39.11 Gb/s，合計(jì)帶寬需求91.32 Gb/s。新型業(yè)務(wù)帶寬需求中A類(lèi)供電區(qū)域的帶寬需求為39.04 Gb/s，B類(lèi)供電區(qū)域的帶寬需求為0.05 Gb/s，C類(lèi)供電區(qū)域的帶寬需求為0.02 Gb/s。因此需要對(duì)TD-LTE 230M無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的容量規(guī)劃，以滿(mǎn)足未來(lái)“三站合一”數(shù)據(jù)中心和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)的帶寬需求。

表1 不同業(yè)務(wù)類(lèi)型的帶寬和并發(fā)比例

表2 控制類(lèi)業(yè)務(wù)終端分布密度（單位：個(gè)/km2）

1.2 鏈路預(yù)算分析結(jié)果

1.2.1 單基站覆蓋半徑與覆蓋面積分析

自啟動(dòng)建設(shè)以來(lái)，該項(xiàng)目和另一個(gè)AP1000建設(shè)項(xiàng)目即薩默爾核電建設(shè)項(xiàng)目均飽受同類(lèi)設(shè)計(jì)首批建設(shè)項(xiàng)目、許可審批、采購(gòu)和建設(shè)等問(wèn)題所累，費(fèi)用大幅超支，進(jìn)度遲緩，導(dǎo)致曾擔(dān)保以固定價(jià)格建成這兩個(gè)項(xiàng)目的總承包商西屋公司(Westinghouse)于2017年3月申請(qǐng)破產(chǎn)重組。

單個(gè)TD-LTE 230M通信基站的覆蓋能力，即為該基站在正常工作狀態(tài)下的覆蓋半徑。一般采用鏈路預(yù)算的方法來(lái)估算單個(gè)TD-LTE 230M通信基站的覆蓋半徑。頻段、承載的業(yè)務(wù)類(lèi)型以及基站所處的地理環(huán)境不同時(shí)，其覆蓋半徑是不一樣的，因此在估算基站覆蓋能力的時(shí)候，要考慮諸多影響因素，主要包括區(qū)域地形地貌、建筑密度、高度、設(shè)備發(fā)射功率以及技術(shù)體制等?；镜母采w半徑分為上行鏈路的覆蓋半徑和下行鏈路的覆蓋半徑兩類(lèi)，通常受限于上行鏈路，但考慮到上行鏈路的覆蓋半徑的估算較為困難，因此在本期工程中，從下行鏈路的覆蓋半徑出發(fā)，估算下行鏈路的覆蓋范圍，以此來(lái)估算上行鏈路。

1.2.2 鏈路預(yù)算、天線(xiàn)掛高與站間距

上述得知，通信基站的覆蓋規(guī)劃要考慮傳播過(guò)程中的各種路徑損耗、鏈路平衡以及覆蓋等影響因素?？梢韵鹊贸鰡蝹€(gè)基站的覆蓋面積，進(jìn)而估算出區(qū)域內(nèi)滿(mǎn)足覆蓋要求的最小基站數(shù)量。本期工程采用COST-231 Hata模型計(jì)算路徑損耗，可得：

即：

其中，L為市區(qū)準(zhǔn)平滑地形的電波傳播損耗中值，單位為dB，fc為工作頻率，單位為MHz，hte為基站天線(xiàn)有效高度，單位為m，hre為移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)有效高度，單位為m，d為基站與移動(dòng)臺(tái)之間的距離，單位為m，CM為城市修正因子。

本期工程塔桅類(lèi)型分為35 m單管塔和樓頂抱桿等，平均天下掛高約為30 m，基本滿(mǎn)足工程需要。

1.2.3 站址密度與規(guī)劃基站數(shù)預(yù)測(cè)分析

假設(shè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)為六邊形，其最長(zhǎng)弦為R，通信基站之間的站間距為D，則基站的覆蓋面積S的計(jì)算公式為：

即S=1.949R2，其中，。通過(guò)求導(dǎo)得出D=0.759 7 km，站間距約為0.76 km。將規(guī)劃范圍按密度劃分為密集區(qū)、一般區(qū)以及邊緣區(qū)3個(gè)業(yè)務(wù)密度片區(qū)。其中，密集區(qū)內(nèi)控制基站站間距為300 m，一般區(qū)內(nèi)控制站間距為450 m，邊緣區(qū)內(nèi)控制站間距為750 m。綜上所述，本期工程規(guī)劃基站數(shù)為112。

1.2.4 鏈路預(yù)算結(jié)果

本方案使用的Okumura-Hata模型是預(yù)測(cè)城區(qū)信號(hào)時(shí)使用最廣泛的模型。此模型適用頻率范圍為150～1 920 MHz，距離為1～100 km，天線(xiàn)高度為30～1 000 m。根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果選取各修正參數(shù)后，計(jì)算出不同供電等級(jí)典型場(chǎng)景下230 MHz網(wǎng)絡(luò)單基站覆蓋半徑與覆蓋面積指標(biāo)如表3所示。

表3 各供電區(qū)域單基站覆蓋指標(biāo)表

1.3 規(guī)劃與仿真結(jié)果

某地市無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)主要承載配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)，并為用電信息采集終端提供遠(yuǎn)程通信通道，同時(shí)為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供支撐。區(qū)域內(nèi)共規(guī)劃無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)基站共有57座，有效覆蓋A類(lèi)供電區(qū)域15.75 km2，B類(lèi)供電區(qū)域59.04 km2，C類(lèi)供電區(qū)域217.21 km2。線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)基站分布圖如圖1所示。

從圖1的仿真效果表明，本期某省兩地市無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)項(xiàng)目的站點(diǎn)布局合理，能夠滿(mǎn)足未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)國(guó)網(wǎng)公司終端接入的要求。

2 網(wǎng)絡(luò)建成后效果

2.1 建成后效果分析

經(jīng)過(guò)大規(guī)模建設(shè)，某省C和H兩地市目前已經(jīng)形成一張質(zhì)量合格且覆蓋效果優(yōu)異的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。雖然仍有一部分弱覆蓋區(qū)域，但整體網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量?jī)?yōu)異，屬于精品網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)整體建成后的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試表明，C和H兩地市C類(lèi)以上供電區(qū)域整體信號(hào)強(qiáng)度良好，滿(mǎn)足通信終端接入條件。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試效果如圖2所示，左為C地市，右為H地市。

圖1 無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)基站分布圖

圖2 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試效果圖（左為C地市、右為H地市）

其中，C地市的A類(lèi)供電區(qū)域中RSRP≥-115 dB且RS-SINR≥-3 dB的占比為90.57%，B類(lèi)供電區(qū)域RSRP≥-115 dB且RS-SINR≥-3 dB的占比為92.16%，C類(lèi)供電區(qū)域RSRP≥-115 dB且RSSINR≥-3 dB的占比為93.66%。H地市的B類(lèi)供電區(qū)域RSRP≥-115 dB且RS-SINR≥-3 dB的占比為87.52%，C類(lèi)供電區(qū)域RSRP≥-115 dB且RSSINR≥-3 dB的占比為91.16%。分析RSRP指標(biāo)可以看出整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃合理滿(mǎn)足要求，但由于全網(wǎng)平均底噪在-100 dB左右，同時(shí)無(wú)線(xiàn)環(huán)境復(fù)雜且不斷變化，因此導(dǎo)致部分區(qū)域SINR較差，綜合指標(biāo)有所降低。

3 結(jié) 論

未來(lái)通信網(wǎng)將結(jié)合5G和邊緣計(jì)算等技術(shù)能滿(mǎn)足3類(lèi)業(yè)務(wù)的不同接入需求，構(gòu)建寬廣的業(yè)務(wù)接入通道。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在5G通信的基礎(chǔ)上，充分考慮電力行業(yè)未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，采用多種通信方式，實(shí)現(xiàn)電力通信一張網(wǎng)。