摘要：国家的发展、社会的进步离不开电力的有效保障,现代化的电力保障需要充分利用现代信息通信技术提供支撑。随着新业务的快速发展,通信需求逐步呈现出“高安全、低时延、高可靠、广覆盖、大联接”的特征,亟待需要一张泛在电力物联网络以满足各种应用需求。为了做到规划先行,更好的实现网络的广覆盖,本文拟利用无线网络的规划方法,融合5G技术的特点,提出泛在电力物联网的规划方法。
关键词：网络规划; 5G; 泛在电力物联网;
Planning method of ubiquitous power IoT based on 5g Technology
Abstract：The development of our nation as well as the advancement of our society can't be inseparable from the effective guarantee of electric power while modern electric power supply should make full use of the modern information and communications technology to provide support, with the rapid development of the new business, communication requirements gradually present a characteristic of High safety, Low delay, High reliability, large coverage and Big connection, which ungently need ubiquitous power IoT to meet all kinds of application requirement. In order to plan in advance and better realise the network's large coverage, this paper will put forward the planning methods of ubiquitous power IoT, which us wireless network planning methods and combine the characteristic of the advanced 5 G technology.
引言:
近年来无线通信技术发展很快,智能电网发展建设也到了关键节点。“新能源、新业务”大规模接入,“控制”由局部向全程拓展,信息“采集”爆发式增长,业务通信需求逐步呈现出“高安全、低时延、高可靠、广覆盖、大联接”特征,对无线通信网络的业务承载能力提出新的挑战。从总体上需要加强规划的科学性,在此情境下,需要结合业务发展需求,制定合理的泛在电力物联网发展规划,为业务提供灵活便捷、安全可靠、经济高效的通信通道。
目前,物联网还没有形成比较完整的、成熟的技术标准和制度,虽然在物流等领域取得了一些成效,但是在其他的方面却并没有得到更多的认可和应用,而在第五代移动通信技术出现之后,物联网就能够得到更加广泛的应用[1]。
一、泛在电力物联网与5G技术
随着无线通信技术的快速发展,以行业性需求推动的5G(5th generation mobile networks)网络也在不断向更高层次推进。5G在单位场景下能够满足更多的终端连接需求,与电力行业需求相吻合。目前,我国的智能电网正处于兴兴向荣的发展潮流中,当前阶段电力行业海量终端设备规模已是最初发展的近十倍,今后仍有爆发增长的趋势[2]。泛在电力物联网,将在未来电力发展中起到重要作用,精准、细致、经济、合理的网络规划也是当务之急。
二、泛在电力物联网网络规划
新兴移动互联业务发展,对无线网络提出更高要求,未来多样化应用场景下的差异化性能指标也对5G带来了新的挑战,因此,5G无线网络规划必须更精准、更细致、更经济,合理部署5G 无线网络,满足移动通信的需求,促使5G无线网络技术在通信领域中进一步发展[3]。典型的网络架构包括核心网、回传网、基站、终端、网管系统和维护系统及相关配套系统等。鉴于电力行业的特殊性,核心网还需考虑生产控制大区和管理信息大区的相互配合。
作为鉴别一张网络覆盖能力好坏的最重要因素,基站规划是重中之重。本文重点就网络规划最重要的频率、站址、站型、网络仿真规划等方面进行阐述。
2.1 频率规划
在可用来建设电力终端通信接入网众多频段中,主要包括230MHz频段、1800MHz频段以及合作单位的部分频段。223～235MHz频段共计12MHz可用带宽,频率资源较为充足。1785～1805MHz频段共计20MHz可用带宽,多行业专用频段,需各地分别申请,考虑要兼顾视频类业务。目前根据全国各地应用实际,该频段主要被指配用于城市轨道交通,在不影响上述应用情况下方可用于其他应用。基于实际情况,在规划中可以考虑合作单位的一些频段,比如700MHz频段。频率规划一般使用同频组网。在组网过程中需要解决干扰的问题,主要为同频干扰、系统间干扰。频率规划方案采用频率池共享模式,对无线频率划分为三个频率池,一号资源池建议用于精准负荷控制,二号资源池建议用于配电自动化等其他生产控制大区业务,三号资源池用于管理信息大区业务,资源池相互间在任一时刻频率错开,保证业务频率隔离[3]。建议三个资源池的比例控制在1:1:8,通过合理的频率划分可以减少网络间的干扰,提升更大的覆盖范围。
2.2 站址规划
站址选择坚持以终为始,一次规划,可以在较长一段时间内不调整站点位置,以减少不必要的搬迁费用,因此,基站站址可选择自有变电站、供电所、营业厅等电力场所,充分利用现有机房、电源、杆塔等基础设施[4]。具体的站址选择应满足以下要求:
(1)满足覆盖和容量要求。根据链路预算和仿真结果,结合业务发展要求及网络覆盖需求确定站间距,充分考虑基站的有效覆盖范围,基站选址位置尽量靠近业务量较高的建筑物,可以使得小区平均吞吐量更高,效率更高[5],尽量以最少的站点满足最大的覆盖范围。(2)满足网络结构要求。基站位置一般在六角蜂窝的中心位置,可以根据现场勘察结果适当调整,一般情况下偏离度不应该超过10%。(3)避免周围环境对网络质量产生影响。基站在目标范围内不应该有明显的遮挡,避免信号反射增加网络的系统干扰。(4)对站址安全要求。基站选址必须满足国家强制性规范,以交通方便为首选原则,满足后续建设维护的需要。
基站位置选择要充分考虑天线安装的高度、周边遮挡情况、回传光纤以及供电情况。在同等建设条件下,优先使用电力自有物业,一般优先级顺序为市县局大楼、市县直属单位建筑物、供电所/营业厅、变电站和电力塔。
2.3 站型规划
基站站型有定向型基站和全向型基站。
不同站型的扇区配置对天线的选择、基站覆盖范围、系统容量、切换等构成影响。根据上述基站类型特点,泛在电力物联网络基站站型建议用下述原则为准绳:(1)对于A+类、A类、B类供电区域,基站数量可以适当增多,减小干扰、增加单站容量。(2)对于终端密度大、数据流量高、后续发展潜力大的C类供电区域,采用定向基站覆盖,增加单站覆盖和容量;对于终端密度不大、数据流量不高的C类、D类供电区域,采用全向基站覆盖,节约投资成本。若后期有需求,再进行裂化扩容。(3)确定站型后应根据主要覆盖目标位置、周边环境情况,确定各扇区天线方位角。
在实际网络覆盖中可能在室内、地下室、城区密集建筑物等区域存在弱覆盖,可采用定向天线、RRU拉远、微蜂窝、无线中继等方式进行深度覆盖。
2.4 网络仿真
在进行网络仿真之前,首先要确定网络最终需要达到的目标。根据无线网络规划经验,建议在网络建设初期,初步拟定相关参数,以边缘用户下行最小速率≥22.4kbps、RSRP(Reference Signal Receiving Power)≥-115dBm且SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)≥-3dB为例,B类及以上供电区域覆盖率不小于95%,其他地区覆盖率不小于90%作为覆盖目标。
首先确定无线链路预算的模型,针对不同区域不同场景进行覆盖估算,依据计算结果指导5G网络建设,选择合适的站点位置。通过Atoll仿真软件对必要的参数进行设置,包括但不限于基站功率、终端功率、发射/接受分集增益、穿透等相关损耗、覆盖率、基站位置、天线高度、等相关参数。基于系统相关参数、基站相关参数等信息通过Atoll仿真软件进行仿真,生成各区域的仿真验证结果。
图1 某区域基于某频段的仿真结果
通常情况下,仿真并不能一次完成,需要根据每次仿真结果调整、增删规划基站的位置、高度、发射功率等相关信息,经过多轮反复,得到最终的规划成果。
三、结语
5G技术对于信息传递速率的提升,以及对于信息整合的高效,将会进一步改善人们的生产生活现状,尤其是物联网与5G技术的融合发展,将会推动物联技术的蓬勃发展,使人们的生活更加便利,生产更加顺利和安全[6]。
5G技术具备“低时延、高可靠、大连接、高安全”等优势,成为泛在电力物联网的通信手段之一。本文基于5G网络提出了泛在电力物联网的规划方法,在规划过程中加强规划的科学性,兼顾显示需要和较长时期的发展进行综合考虑,做到目标明确、远近结合,确保规划对泛在电力物联网发展的指导作用。
随着建设的不断深入,泛在电力物联网对信息感知的深度和广度提出了更高的要求。总而言之,第五代通信技术的快速发展,为物联网技术的发展提供了基础,它能够对物联网产生极大的推动作用,最大限度地促进物联网发展[1]。
参考文献
[1]王素军，物联网形势下的5G通信技术应用[J]，《网络安全技术与应用》，2019,12,96-97
[2]王晨、贾媛媛、荆迪等，新形势下无线通信技术在泛在电力物联网中的应用[J]，《中国新通信》，2019,14,107
[3]吴林海、刘轶文、孙红伟，电力无线专网无线网络规划技术[J]，《中国新通信》，2019,21,40
[4]刘惠颖、李井泉、胡晓彦，电力通信无线专网技术建设与应用研究[J]，《河北电力技术》，2018,06,34-36
[5]田坤，中国电信云南丽江公司LTE混合组网方案设计和分析[D]，《南京邮电大学硕士论文》，2014,91
[6]杨明，物联网形势下的5G通信技术应用研究[J]，《现代信息科技》，2019,09,57-59
