电力无线网络覆盖规划与改进策略

　　摘    要：　为保障电力业务应用需求情况下电力无线专网通信性能, 需针对无线专网网络覆盖性能进行规划并优化以满足电力业务需求。本文依据1800MHz无线专网技术体制为例, 针对电力业务特征分析其对无线专网网络覆盖性能要求, 并依据业务种类、业务实时性、业务带宽、业务分布及业务周边建筑环境等因素提出电力无线专网建设规划建议, 并对网络优化过程涉及的网络覆盖调整、无线干扰进行介绍, 并提出网络优化干扰整治方案, 为LTE电力无线专网规划及运维提供指导意见。

　　关键词：　TD-LTE; 电力业务需求; 无线规划; 覆盖优化; 干扰整治;

　　Abstract：　In order to ensure the communication performance of power wireless special network under the demand of power service application, it is necessary to plan and optimize the coverage performance of the wireless special network to meet the demand of the power service. This paper, based on the 1800 MHz wireless special network technology system, analyzes its performance requirements for the wireless special network according to the characteristics of the power service, and puts forward the proposals for the construction of the power wireless special network based on the types of business, the real-time performance, the service bandwidth, the service distribution and the surrounding building environment, and the network optimization. The network coverage adjustment and wireless interference are introduced, and the network optimization interference regulation scheme is proposed to provide suggestions for the planning and operation of the LTE power wireless special network.

　　Keyword：　TTD-LTE; power business demand; wireless planning; coverage optimization; interference remediation;

　　0、 引言

　　无线通信作为电力终端通信接入网的重要技术之一, 无线公网及230MHz数传电台已在电力营销、运检等业务系统中得到了大规模应用。目前, 很多省市公司已经开展了3/4G电力专网试点应用, 如3G (WiMAX, McWILL) 及4G TD-LTE等。业务应用领域包括传统配用电业务及新型智能电网业务等。无线通信在电力应用取得一定成果的同时, 其存在的一些问题也逐步暴露出来。例如:现有无线网络规划依据为覆盖边缘速率-128kbit, 该目标对电力全业务接入包含图像、视频相关的适配性较差;网络优化以广覆盖为目标, 较少考虑对覆盖区域无线性能优化, 同时存在干扰对网络的性能影响等。

　　因此需对以覆盖面积为目标的建网模式进行改变, 本文以1800MHz TD-LTE无线专网规划及优化为例, 并提出适配企业接入电力无线专网业务的建站模式。

　　1、 电力无线业务需求分析

　　1.1、 业务需求

　　业务传输内容[1,2,3]:无线专网承载主要包括数据、语音、图片及视频类, 各类基本业务对无线专网需求如下:

　　(1) 语音业务8~64kbps;无线通道时延低于300ms;丢包率小于10-2; (2) 视频业务384kbps~2Mbps;无线通道时延低于300ms;丢包率小于10-2; (3) 数据业务64kbps~2Mbps;无线通道时延低于300ms;丢包率小于10-2; (4) 图片业务64kbps~2Mbps;无线通道时延低于300ms;丢包率小于10-2。

　　业务应用需求:主要体现在业务安全等级[1,2,3,4]、业务实时性及带宽等需求。

　　(1) 生产类业务如配电自动化、精准负荷控制等控制类业务归属于数据业务, 实时性较高 (500ms-3s) , 无线专网应给予更高的QoS等级划分; (2) 管理类业务如用电信息采集类、工业负荷控制归属于数据业务, 实时性一般 (分钟级及以上) , 无线专网QoS等级一般; (3) 管理类业务如视频监控、移动作业、巡检机器人等业务是语言、视频、图像及数据类等综合的业务, 体现在带宽需求上, 同时也要提供一定的QoS保障。

　　1.2、 业务场景分布

　　城市场景相对农村郊区, 覆盖较难。重点分析城市区域业务场景分布[3]。

　　(1) 居民住宅区。主要业务为居民用电信息采集, 兼顾配电自动化、充电桩、台变检测、配电房巡检机器人及智能家居业务。已配电房、环网柜及杆变等形式分布在小区楼宇间, 部分业务站点分布在地下等区域, 属于楼宇密集、高遮挡区域。 (2) 工业区。包含工业负荷控制、精准负荷控制、配电自动化等业务。主要以配电房形式分布在厂房周边, 属于较开阔, 无遮挡区域。 (3) 变电站/所及配套线路。属于电力生产输变电环节。涉及输变电状态检测、变电站巡检机器人、变电站动环监控等业务。在变电站/所建筑内部及配套传输线路上。

　　2、 电力无线网络覆盖规划

　　2.1、 边缘信号强度

　　以往无线专网建设以网络边缘速率为参考依据[6,7,8,9], 实践证明, 网络规划仿真阶段, 边缘速率往往仅体现在主干道路、居民小区边缘等室外场景。当前制定网络边缘速率过低, 仅能支持基本数据及语音传输。为满足后续新增大带宽及实时要求, 需进行局部补盲增强。对于分布在室内、有遮挡室外业务站点区域, 无线覆盖也将受到一定衰减。典型场景信号衰减值如表1所示。

　　表1 无线典型场景信号衰减参考值

　　依据上述典型业务站点分布场景, 无线信号进入室内典型衰减在3-18dB, 为确保室内无线专网边缘速率达-128bits, 在规划仿真时, 室外边缘RSRP值建议预留10dB冗余。部分室内衰减较大的场景建议通过信号延伸方案解决。

　　2.2、 单扇区覆盖业务数量

　　综合考虑业务带宽、及给予该业务的无线资源进行规划。1800MHzTD-LTE为适配上述业务, 需跟据各类电力业务站点分布, 进行流量断层统计, 以往流量断层往往以基站为单位。现场存在部分小区站点稀疏, 部分小区站点密集的情况, 以基站为断层流量统计方法存在局限性。建议在以小区为流量断层统计基准单位。

　　以1800MHz技术制式的5MHz带宽为例, 按照业务隔离要求, 对无线专网进行物理资源分配。将5M资源安装1:1:3的资源配比 (可根据业务实际需求进行分配) 分配给控制类业务1如精准负荷控制、控制类业务2如配电自动化“三遥”及管理信息类业务, 其业务带宽与无线资源对比如表2所示。

　　表2 无线资源配比业务承载能力表

　　在独占频段下参考无线专网承载能力表进行规划, 并考虑一点预量, 在共享无线资源下挂业务需统筹考虑。基站回传网段需考虑基站所带多个小区的无线网络侧流量统计。

　　总体规划需综合考虑业务类型、业务中的分布等情况, 有差异化的进行网络覆盖, 做到较大比例的完成覆盖, 必要时规划预留部分补盲站点, 作为新增业务覆盖基站。

　　3、 电力无线网络优化

　　网络优化的目标包括:无线专网网络覆盖优化、业务承载容量优化及网络质量优化。即体现在覆盖半径、边缘速率、电力业务承载容量及网络稳定性、可靠性等。针对电力系统无线专网网络优化主要手段为网络路测、小区区测及单站测试[10]。网络投运运维后, 需要根据业务调整、干扰影响等同步进行网络调整等工作。网络优化伴随网络建设及运维的一项日常工作, 网络优化流程如图1所示。

　　图1 网络优化流程

　　3.1、 网络覆盖测试

　　3.1.1、 网络路测

　　在网络建成后, 该阶段路测目标是明确网络建设是否按照设计/规划进行建设, 如小区PCI规划是否正确, 小区边缘速率是否达到预期, 同时通过SINR反应网络建成时的干扰情况。同时需关注以下几方面:

　　(1) 通信终端入网等工作流程是否正确, 分配的IP、PLMN号等是否正确; (2) 终端在线时长是否满足业务要求, 终端在空闲态转到激活态是否满足业务时延要求; (3) 移动类终端在进行无线网络小区切换时的切换成功率及业务是否中断。

　　3.1.2、 单站测试

　　网络路测完成整张网的覆盖问题, 单站测试重点体现在业务承载能力上, 同时检测单站各小区覆盖范围、上行速率等。

　　(1) 对单站进行覆盖。单站各小区覆盖范围、上行速率相应小区干扰等; (2) 通过PING包时延、FTP上下行吞吐量及并发业务承载等验证对业务支撑能力; (3) 根据小区资源配比, 进行压力测试, 验证是否按预期规划设定配置网络。

　　3.1.3、 小区区测

　　对居民住宅等区域, 建议在干道路测基础上深入进行小区区测。小区区测能深入到业务站点分区域, 避免因环境因素导致的无线覆盖问题。

　　3.2、 干扰排查

　　1785-1805MHz频段时分双工 (TDD) 方式无线接入系统目前划分为电力、能源及轨道交通等行业应用, 为行业专网应用。

　　在紧临边缘频段如GSM900/1800系统将1800MHz 4G TD-LTE电力无线专网构成杂散干扰。临近频谱如图2所示。

　　图2 1800MHz频谱分布

　　对于1800M 4G TD-LTE电力无线专网存在干扰如下:

　　(1) 系统内干扰:包括基站小区模3干扰、基站下挂终端对附近小区干扰; (2) 系统外干扰:包括1800MHz系统外基站干扰、1800MHz上、下频率对本系统干扰。

　　3.3、 干扰分析流程

　　无线频谱资源是无线通信信道, 无线通信干扰即无线频谱被其他系统使用或干扰, 一旦电力无线专网频谱受到干扰, 则会对电力生产造成较大的负面影响。在电力专网建设前, 应对该区域的无线环境进行扫频测试, 并到无委会进行报备;在后续应用中检测到干扰后, 需对干扰小区进行干扰分析。

　　在无线专网网络运行维护阶段, 需在基站侧建立性能监测任务, 收集基站上行干扰数据, 时长72小时。借鉴公网运维标准, 可设定以下标准:

　　(1) 高于-120dbm即可判定为存在干扰; (2) 高于-110dbm认为干扰使各项指标开始恶化; (3) 高于-105dbm认为干扰比较严重。

　　当运行网络干扰达到上述指标后, 需对干扰进行处理。

　　3.4、 干扰优化整治

　　3.4.1、 阻塞干扰整治方法

　　(1) 在受干扰基站上安装相应频段的滤波器; (2) 增加系统间的物理隔离度, 比如升高干扰源基站或受干扰基站的天线高度, 使其从水平隔离变为垂直隔离; (3) 将受干扰的RRU更换为抗阻塞能力更强的RRU。

　　3.4.2、 互调干扰整治方法

　　(1) 将干扰源基站天线与受干扰基站天线由水平隔离改造为垂直隔离, 其隔离度一般能提升10dB以上; (2) 干扰源基站和被干扰基站天线在水平距离达到2米以上, 或本就是垂直隔离的情况下, 可将干扰源基站天线更换为二阶互调抑制度更高的天线。

　　3.4.3、 杂散干扰整治方法

　　(1) 通过增大基站天线与干扰源基站天线的系统间的隔离度, 以达到降低干扰的目的, 一般可以将水平隔离改为垂直隔离; (2) 通过在干扰源基站加装带通滤波器来降低杂散干扰。

　　3.4.4、 LTE网内干扰整治方法

　　(1) 降低天线挂高; (2) 增加天线下倾角, 下倾角的调整可根据目前天线的下倾角、天线挂高、受干扰强度和干扰次数进行综合分析。

　　230MHz无线专网干扰整治可参考1800MHz技术制式, 其干扰源可能来自230MHz数传电台等。

　　4、 结论

　　本文就业务需求、网络规划及后续网优等流程进行了分析, 其中解决业务需求是网络建设的最终目标, 围绕这个目标需结合业务类型、业务分布、业务终端建筑等特点, 再考虑一定网络冗余度的情况下进行网络规划。网络建设后及网络使用中的网络优化是保障无线网络应用可靠性的必要工作, 贯穿整个无线专网生命周期, 需实时根据业务变化、周边建筑变化及干扰等因素进行网络调整。

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