智能電網，是建立在現代通信網絡平臺基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標，構建貫穿發(fā)、輸、變、配、用電和調度全環(huán)節(jié)、全電壓等級的新一代電網。

    智能電網最重要的特征是具備“自愈”能力，能夠自主將電網中的問題部件從系統中隔離出來并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統迅速恢復到正常運行狀態(tài)。實現這一點需要依靠現代通信網絡對智能電網中各個環(huán)節(jié)實現不間斷實時測量和監(jiān)測，基于采集到的數據和相應的處理算法實現預警、檢查并采取相應的控制行動。

    同時，由于智能電網的各個環(huán)節(jié)部署著大量的具備標準IP網絡通信能力的設備和業(yè)務終端，使得網絡安全環(huán)境更加復雜，智能電網通信網絡必須具備抵御網絡攻擊的能力，最大限度地降低各種網絡攻擊導致的后果和快速恢復供電服務，避免損失。

    可以說智能電網的發(fā)展離不開通信網絡的發(fā)展，在智能電網覆蓋范圍不斷擴展，承載業(yè)務不斷增加，對信息安全要求越來越高的今天，如何快速、低成本的構建一個能夠廣泛覆蓋智能電網各個環(huán)節(jié)，同時又能盡可能保證安全性的新一代通信網絡成為當前智能電網建設一個重要的研究課題。

    TD–LTE無線專網通信技術簡介

    移動通信技術已經從2G、3G發(fā)展到4G（第四代通信網的簡稱絡技術）,包括和FDD-LTE兩種工作模式，兩個模式間只存在較小的差異，相似度達90%，TD即時分雙工(TimeDivisionDuplexing)，是移動通信技術使用的雙工技術之一，與FDD頻分雙工相對應。TD-LTE通信技術具備高寬帶，穿透力強，覆蓋范圍廣，語音數據一體化的L特點，除了民用領域應用外，在各種需要專業(yè)集群調度、高速數據傳輸、高清無線視頻傳輸的領域，也具備非常巨大的應用價值。

    隨著2013年12月4日中國移動、中國電信和中國聯通三大運營商正式獲得TD-LTE制式的4G牌照,以TD-LTE技術為代表的4G技術與產品開始正式大規(guī)模在全行業(yè)開展應用。相對3G技術，TD-LTE技術可以提供最大100Mbit/s與上行50Mbit/s的理論峰值傳輸速率，速度提高了近50倍。而實際應用中，由于單個基站需要同時承載的接入數不同，實際傳輸速率在理論值的1/10至1/5,即使這樣的傳輸速度，TD-LTE技術依舊可以基本滿足傳輸高清視頻所需的網絡帶寬需求，這在3G時代是很難高質量實現的。

    普通民眾現在已經可以方便的購買到符合各大運營商標準的4G手機，這些手機包括一些4G接入上網設備都是工作在公共4G網絡上，實際使用時需要占用所在基站的網絡帶寬，傳輸速度根據基站接入客戶數不同而不同，無法保障每個用戶的接入帶寬，同時相對較高的數據流量費用也限制了普通民眾在4G環(huán)境下使用高清視頻等多媒體業(yè)務，網絡的開放性和標準化客觀上也導致網絡存在一定的安全隱患；如果用這樣的網絡來承載一些行業(yè)用戶的專業(yè)數據傳輸業(yè)務，顯然是不合適的。

    在這樣的背景下，TD-LTE無線專網技術應運而生，它和面向普通公眾提供通話、數據服務的公網通信技術最大的區(qū)別就是工作的頻譜不一樣，4G公網的頻譜是：中國移動-1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中國聯通-2300-2320MHz、2555-2575MHz；中國電信-2370-2390MHz、2635-2655MHz。而TD-LTE無線專網工作的頻段主要是1.4G(1447MHz-1467MHz)和1.8G（1785MHz-1805MHz），具體頻段申請由各省市無線電管理機構管理。

    除頻段外，TD-LTE無線專網和公網技術幾乎完全一樣，由于專網和公網完全隔離，不會受到公眾應用的影響，同時沒有公眾網絡運營費用的支出，其專有頻段和專用通信設備的組網模式也最大程度杜絕了各種信息安全隱患和非法侵入的產生；相對于目前WIFI等其它無線組網技術和標準有線組網技術,TD-LTE專網在大型城域組網建設上具備安全性高、組網靈活快捷，成本相對較低等特點；同時，基于TD-LTE的4G專網技術局部頻譜資源豐富、效率高的特點，在當前各地加強智慧城市建設的大背景下，相關應用容易受到政府支持，所需頻段可以方便的在無線電管理機構進行申請；

    TD-LTE的主要優(yōu)勢包括：

    1）帶寬和上下行速率可靈活配置

    LTE支持成對或非成對頻譜，可靈活支持1.4M、2.5M、5M、10M、15M、20M系統帶寬，在20MHz頻譜帶寬下可提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。該速率可以滿足多監(jiān)控終端的數據傳輸需求，徹底解決無線視頻傳輸速率的瓶頸。

    2）更低的系統時延

    用戶平面內部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms。更低的時延有利于保證無線視頻監(jiān)控的實時性。

    3）支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋，能夠為350Km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務。這可滿足大部分移動設備的監(jiān)控需求，對LTE廣域無線視頻監(jiān)控具有重要意義。

    對比目前成熟應用的基于WIFI（802.11n）的WLAN無線組網技術，TD-LTE專網具備更高的通信帶寬和更好的安全性。

    TD-LTE無線專網通信技術在智能電網通信網絡中的應用前景

    目前已有有部分政府、行業(yè)單位開始應用TD-LTE無線專網來構建一些城域范圍內可移動的、靈活的專項應用，比如公安、交通管理部門開始部署TD-LTE無線專網，并基于專網開展移動車輛視頻監(jiān)控、移動單兵多媒體指揮調度、移動辦公等高傳輸帶寬的應用系統實踐。

    同樣的，可以將TD-LTE無線專網用于智能電網通信網絡建設中，其易組網、高安全和高帶寬的特點很適合智能電網地域分布廣泛、測量監(jiān)控點多、對可靠性和高帶寬能力要求較高的需求，能夠較好滿足智能配用電業(yè)務實時大規(guī)模數據采集、傳輸以及安全可靠通信等方面的綜合需要，可以為我國發(fā)展智能電網通信網絡提供一種新的組網技術。

    TD-LTE無線專網技術在智能電網通信網絡中可以作為應急檢修搶救、視頻監(jiān)控、移動OA、配電自動化、負荷管理、用電信息采集等多種業(yè)務需求的通信承載網絡，其典型的系統應用組網圖參考如下：

    主要組成包括：

    1）TD-LTE傳輸網絡

    包括基站、核心網設備、網絡管理系統和網絡業(yè)務平臺，其中基站根據覆蓋范圍、接入數量有所不同，應急應用中基站和核心網設備可以合二為一，快速配合后臺管理進行部署；

    2）TD-LTE標準接入設備

    實現將標準有線IP網絡、無線（WiFi）IP網絡、RS485工業(yè)總線、RS232串口等各種網絡轉換為TD-LTE網絡的網絡接入、路由設備，是構建傳統網絡和4G網絡的橋梁；

    3）TD-LTE融合監(jiān)控設備

    將TD-LTE技術直接和SCADA數據采集設備、網絡攝像機相融合，構建4G傳感器、4G數據采集器、4G攝像機等新一代TD-LTE無線專網融合監(jiān)控設備，無需外置轉換設備，提高設備的集成度，簡化架構和提高系統的可靠性；

    4）TD-LTE訪問終端

    主要是各種TD-LTE單兵設備，基于新一代開放智能手機平臺和智能平板電腦平臺，采用安卓操作系統，可以用于移動指揮調度、視頻通信對講、線路巡檢、移動辦公業(yè)務、移動會議電視等各種移動應用，作為現場管理、操作、維護人員的專業(yè)裝備，整合TD-LTE高速無線傳輸能力，大幅度提高無線移動辦公的效率和效果；

    TD-LTE無線專網通信技術在智能電網變電站視頻監(jiān)控組網中的設計舉例

    1）需求分析

    以110V變電站為例，一般需要20個左右攝像機，需要通過4G鏈路上傳視頻數據，每個點位的網絡攝像機需要同時上傳2Mbps的TCP存儲流和2Mbps的UDP實況流，即一個攝像機點位需要4Mbps的帶寬，另外UDP流有可能是組播。在變電站的各個地方，有辦公用房，也有可能需要用4G手持終端設備查看視頻圖像，以及語音通話等功能。假設同時在用4G手持終端的是并發(fā)不超過50，流量以下行為主，單個手持終端速率在2Mbps。

    2）設計思路

    一般變電站的面積覆蓋半徑遠遠小于LTE的理論覆蓋半徑，主要考慮上行容量的分配，設計S1/1/1的定向基站，建議安裝于變電站建筑的樓頂，由于每個攝像機需要4Mbps的帶寬，考慮攝像機分別平均分配接入S1/S2/S3扇區(qū)。無線配置采用下行2×2MIMO64QAM/上行SIMO16QAM，針對無線視頻監(jiān)控業(yè)務特點，推薦采用1DL:3UL子幀配置，單小區(qū)峰值上行速率26.24Mb/s，單小區(qū)峰值下行速率51.68Mb/s。視頻監(jiān)控存儲方式分為本地存儲和中心存儲。對于視頻錄像要求高安全等級的用戶，一般采用中心存儲方案，前端設備會一直將實時視頻數據傳輸到中心機房的存儲服務器上進行存儲。以單扇區(qū)上行容量為20Mb/s為例，如果單路攝像機采用占用2Mb/s（720P），則單扇區(qū)可承載10路720P高清視頻；如果攝像機采用1Mb/s（D1），則單扇區(qū)的可承載13~20路D1格式標清視頻；如果攝像機采用512kb/s（CIF），則單扇區(qū)可承載40路CIF格式視頻。本LTE視頻監(jiān)控解決方案可采用上下行3:1的子幀配比，從而大大提高上行業(yè)務吞吐量，滿足大容量視頻監(jiān)控業(yè)務需求。如：在單基站S1/1/1的配置下，可支持141個攝像頭，每個攝像頭512kbps的帶寬。

    3）擴容分析

    根據變電站后期規(guī)劃，主要是容量受限，可根據基站的配置，最大可配置為12*20MHz2path的小區(qū)，詳見下表：基站接口板與容量的關系

    基站接口板配置容量

    1*CCU+1*TDDBPUTDD:2*20MHz8path/4*20MHz2path/8*20MHz1path

    1*CCU+1*TDDBPUTDD:2*20MHz8path/4*20MHz2path/8*20MHz1path

    1*CCU+2*TDDBPUTDD:4*20MHz8path/8*20MHz2path/16*20MHz1path

    1*CCU+3*TDDBPUTDD:6*20MHz8path/12*20MHz2path/24*20MHz1path

    4）基站安裝基本要求

    核心網設備（EPC）和基站（BBU）放置于機房，BBU通過光纖直接和EPC連接，或者通過交換機接口與核心網通信，負責數據傳輸和基帶處理；射頻單元（RRU）與BBU間以及RRU之間通過光纖連接；RRU負責無線射頻處理,設備之間的連接詳見下圖：

    5）LTE無線專網設備

    a）核心網設備（EPC）

    根據用戶數、吞吐量等確定服務器硬件配置。

    b）基站設備（BBU）

    無線標準TD-LTE3GPPR9

    支持帶寬5/10/15/20MHz

    容量12´20MHz2通道

    外觀尺寸2U/19英寸：88mm×480mm×368mm(H×W×D)

    滿配重量<12kg

    供電方式交流~220v(140V~300V)；直流-48V（-40V~-57V）

    滿載功耗不大于300W

    IR接口10G\5G\2.5G×2/基帶板

    S1接口GE

    安裝方式機柜、機架、掛墻

    級聯最大支持級聯4級RRU

    防護等級IP20

    業(yè)務能力BBU每扇區(qū)支持的激活態(tài)（RRC連接非DRX狀態(tài)）用戶數不低于400，RRC連接用戶數不低于1200；

    BBU支持高速用戶(超過350km/h)；

    BBU支持100Mbps的單小區(qū)下行峰值速率；

    BBU支持50Mbps的單小區(qū)上行峰值速率；

    BBU支持BBU和RRU間時間延遲測量和補償

    同步模式支持GPS,1588同步

    c）射頻處理設備（RRU）

    無線標準TD-LTE3GPPR9

    工作頻率1.8GHz，可定制

    支持帶寬5/10/15/20MHz

    靈敏度-104dBm

    容量2通道

    發(fā)射功率20W/通道

    整機效率27%

    體積355mm×285mm×147mm(長×寬×厚)

    滿配重量15kg

    供電方式交流~220v(140V~300V)；

    直流-48V（-40V~-57V）

    IR接口10G´2

    安裝方式抱桿安裝、掛墻安裝和立架安裝

    級聯最大支持級聯4級RRU

    防護等級IP65

    6）話音及組播

    采用基于LTE的寬帶集群無線解決方案，將節(jié)省大量基礎設施投資，減少設備數量，降低運行維護成本；語音、數據、視頻一體化通信將提高作業(yè)效率，減少運營成本。為滿足工程需要，選用第三方調度服務器實現話音及組播功能。調度系統基于IP網絡，將視頻、語音、數據調度等多業(yè)務融合一體，系統建立群組通信時間小于500ms，系統可靈活劃分組群，不同群組間互不影響。

    7）變電站干擾分析

    高壓架空輸電線的無線電干擾是高壓送變電工程對周圍環(huán)境影響的重要考核指標之一，包括導線電暈、絕緣子表面局部放電和金具的電暈，當運行電壓在100kv以上（通常導線表面電位梯度>12kv/cm）時，第一種根源占據主導地位，成為不可消除的，屬線路固有的特性。因此，導線電暈通常是高壓線路無線電干擾的主要根源。電暈干擾電平主要是造成對附近居民的收音機、電視機等電器的干擾，對電視頻段接收產生干擾的主要是火花放電，但電暈現象會在項目投入運行后逐步減弱并趨于穩(wěn)定，無線電干擾不會對人產生危害。

    為保護廣播電視等正常通信，國家出臺了高壓交流架空送電線無線電干擾值標準對高壓交流架空送電線在正常運行時的無線電干擾加以限制。

    特高壓輸電導線的電磁干擾主要由電暈放電產生，干擾可達到GHz級別以上，無線電信號導線電暈干擾的頻率范圍較寬，但是占有帶寬有限，主要能量集中在＜10MHz，測試中如果發(fā)現在(0.15—30)MHz頻段內某頻率點的干擾場強特別大，應該用頻譜儀隨機帶的耳機進行監(jiān)聽，判斷是否在此頻點附近有廣播的影響。如果是因為廣播影響，應在此頻點±5%的范圍內進行偏頻測量。

    隨著頻率增高干擾分量的幅值下降非常迅速,下圖為交流1000KV交流特高壓試驗示范工程輸電線路運行后經觀測統計的無線電干擾（單位dB，其基準值為0dB對應1μV／ｍ）頻譜特性，從圖中可以看出到頻率下降到10MHz以后，干擾幅值相對于0.5MHz已下降了約30dB，基本已淹沒于背景噪聲中。

    初步結論：

    --4G使用的頻段在2GHz左右,與交流高壓變電站的無線電干擾頻段差別很大，變電站的建設不會影響該地的移動通信4G網絡；

    --在特高壓線路帶電和不帶電實驗條件下得到的GPS觀測點坐標基本一致，基本沒有受到特高壓線路帶電與不帶電的明顯影響。

    結束語

    伴隨著以TD-LTE技術為代表的4G技術在中國的大力推廣應用,國內已經涌現出多家有實力的企業(yè)在傳輸組網設備、專網芯片、數據采集終端、視頻采集終端等各個領域開發(fā)出或即將開發(fā)出相應的產品，比如大唐移動、烽火虹信推出了完整的端到端TD-LTE無線專網傳輸解決方案產品，華為、上海亮衡推出的全頻段TD-LTE無線專網芯片，浙江宇視、浙江大華等推出的4G專網監(jiān)控攝像機和單兵終端等產品等，在政策、廠商和用戶需求的共同推動下，相信不久的將來，TE-LTE無線專網通信技術會在智能電網通信網絡中發(fā)揮出越來越重要的作用。