基于TD-LTE的电力应急通信系统

3）主站控制层。主站控制层负责通信系统和电 力 系 统 之 间 数 据 的 交 互，包 括 网 管 对 通 信 系 统 的 管 理 和 电 力 主 站 对 电 力 终 端 的 管 理，通 过 与 核 心 网 的
故点区域，通过应急通信终端与应急通信车通信，电 交互，传输到各个通信终端和电力终端。
力应急通信车同时可以与附近的变电站进行无线通 3.2 应急通信车硬件组成
将现场画面、语音等通过应急通信通道传送到应急 联 接 入 (Worldwide Interoperability for Microwave
指挥中心，指挥人员无需到达现场即可及时、快速地 Access，WiMAX) 和 TD-LTE。 文 献 [2] 提 出 了 一
处理灾情。同时，电力应急通信系统可以为电力通 种基于 WiMAX 的无线应急通信接入方案，但随着
细阐述，并在配网自动化应急通信中进行了验证。
OFDMA 方式。相比 SC-FDMA，OFDMA 峰均比较
高，从 而 影 响 了 终 端 功 放 的 使 用 效 率，发 射 功 率 低，
基金项目：2013 年温州市科协软科学研究重点资助课题“温 目前 WiMAX 终端尚未解决这个问题；SC-FDMA 子
图 2 应急指挥车构成
难 现 场，可 以 组 建 以 单 兵 系 统 为 通 信 前 端 的 应 急 救
Fig.2 Equipments of the emergency command vehicle
援 小 组。 单 兵 系 统 现 场 采 集 音 视 频 信 号，将 信 号 传
3.3 单兵设备硬件组成
电力应急通信系统整体网络架构可以分为接入 通 信 层、子 站 通 信 层 和 主 站 控 制 层。 电 力 应 急 通 信 架构如图 1 所示。
Tab.1 Comparison of signal coverage
环境
WiMAX 覆盖半径 /km TD-LTE 覆盖半径 /km
人口密集市区
0.28
0.32
2）据相关资料显示，至 2013 年底，浙江省将实 现平均 2 km 范围内就有一座 110 kV 变电站的覆盖 能力，电力光纤网络更加密集，将进一步提高无线信 号的接入能力。 2.2 电力应急通信系统作用
1）电 力 事 故 现 场 应 急 指 挥。 当 发 生 电 力 事 故 时，应急通信车到达事故现场，单兵系统可以进入事
应急指挥车构成如图 2 所示，各部分功能如下。 ①中频处理单元：一体化设备，完成 LTE 网络基站设 备和核心网设备功能；②射频拉远单元：是分布式基 站的射频部分，支持抱杆安装、挂墙安装和立架安装， 也可靠近天线安装，节省馈线长度，减少信号损耗，提
业务类型
单终端带宽 LTE 提供的带 时延要 LTE 系
的效率更高，更适合在应急通信场合中使用。
2）电力通信故障应急恢复。当某变电站部分业
2）移 动 速 度 对 比。TD-LTE 上 行 采 用 SC- 务传输发生故障，甚至出现光缆断裂情况时，可采用
FDMA 方 式，相 较 于 OFDMA，在 快 速 移 动 情 况 下 临时的无线传输通道，将故障变电站的业务在最短
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中图分类号：TP319 文献标志码：B 文章编号：2095-641X(2013)11-0074-04
基于 TD-LTE 的电力应急通信系统
章振海，郑文斌，薛坚，周传统 （国网温州供电公司，浙江 温州 325000）
市区
0.54
0.65
郊区
1.42
1.78
农村
3.13
4.16
2 需求分析
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系
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统
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开
发
与
应
用
Џ፵
2.1 现有的通信资源分析 1 ）目 前 ，浙 江 电 网 各 地 区 供 电 公 司 均 具 有 较 大
容 量 和 远 距 离 的 光 纤 骨 干 网 络，基 本 上 实 现 了 局、
信，数据通过变电站光纤网络传至后方指挥中心。
应急通信车采用具有一定越野性能的车辆改装
2013 年第 11 卷第 11 期 ELECTRIC POWER ICT
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而成，车辆具有密封保温和隔热性能，密封门及馈线
信系统日常运维提供故障检修的临时通道。
科技的发展，WiMAX 技术的短板越来越明显，TD-
本文设计了一种基于分时长期演进（Time Division LTE 更能满足电力应急通信的性能需求。本文从技
Long Term Evolution，TD-LTE）的电力应急通信系 术特点、覆盖能力方面对这 2 种无线方案进行比较。
州电网自然灾害应急体系及其科技支撑的研究” 载波是连续的，相对于 OFDMA 子载波是打散分布
（KX2013A-03）。
的，其峰均比低 2 dB 左右。因此，TD-LTE 终端功放
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表 1 信号覆盖范围对比
3 系统设计
3.1 系统架构 现 有 变 电 站 均 已 实 现 光 传 输 网 络 的 覆 盖，在 变
电 站 设 置 TD-LTE 无 线 收 发 基 站，接 收 信 号 并 将 数 据 传 至 传 输 网。 应 急 通 信 车 具 有 机 动 灵 活 性，作 为 信号中继使用。对于无线信号不能覆盖的受灾区域， 应 急 车 抵 达 现 场 后，采 用 单 兵 系 统 深 入 的 方 式 采 集 音 视 频 数 据，再 通 过 应 急 通 信 车 将 信 号 转 发 到 邻 近 变电站，接入系统数据网络。
重要信 遥控 息量
≤1k
等多业务同步
进行） 远点 (–120~
< 1 上行接 入时延
能，用 户 可 以 进 行 单 呼、组 播 等 语 音 通 信 操 作，调 度 台 还 可 以 进 行 强 插、强 拆、监 听、禁 话、转 接、代 答 等 调度操作，同时提供了可视化图形调度界面。
Ꭹክ
量 次要信 息量
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图 1 电力应急通信架构 Fig.1 Electricity emergency communication framework
所、站 的 光 纤 互 联，电 力 光 纤 综 合 数 据 网 带 宽 大，为 大 容 量 的 音 视 频 数 据 传 输 提 供 了 高 速 化、宽 带 化 的 传输通道 [5]。
需求 /bps
宽
求 /s 统时延
遥信 量
重要信 息量
次要信 息量
≤1k ≤1k
近点 （≥ 80 dBm）
上行：4~5 Mbps
5 5~10
下行接 入时延
高 系 统 覆 盖 容 量，主 要 完 成 基 带 信 号 和 射 频 信 号 的 调制解调、数据处理、功率放大、驻波检测等功能；③ 车载天线：实现车载 LTE 设备静中通、动中通射频信
配电 自动 遥测 化业 量 务
重要信 息量
次要信 息量
≤1k ≤ 50 k
下行：7~13 Mbps
（满足配电、计 量、视频监控
5 5~15
最大： 11.0 ms
平均： 8.8 ms
号 收 发；④ 数 据 交 换 设 备：工 业 级 交 换 机 ，实 现 单 站 设 备 间 的 互 联；⑤ 调 度 设 备：完 成 语 音 、视 频 调 度 功
具有一定优势。3GPP 标准规定 LTE 系统应能支持 时间内恢复。
时速 350 km 的高速移动，在 20 MHz 频谱带宽能够 提供下行 100 Mbps、上行 50 Mbps 的峰值速率；而 WiMAX 设计为最高时速 120 km，但是随着速度的 提高，解调能力会下降。因此，在突发事故现场，TDLTE 更适合快速移动、灵活机动的需要。 1.2 信号覆盖能力比较
统
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开
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监 控 等 多 种 增 值 业 务。 在 重 大 ຸ
可 以 利 用 系 统 实 现 视 频 监 控 和 语 音 调 度，同 时 也 可
与
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以实现各种 IP 业务数据的传输，为应急指挥提供强
应 用
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有力的保障。
电力应急通信系统应用场景如图 3 所示。在灾
至应急通信车。应急通信车与附近（最近）的变电站
在 车 辆 无 法 到 达 的 地 点，工 作 人 员 携 带 无 线 单
兵 设 备 步 行 至 应 急 现 场，将 采 集 的 音 视 频 数 据 经 过
编码与调制后，通过功放和天线传送至应急通信车。 单兵装备主要由系统电源（电池）、LTE 天线、音视频 采集、耳机、信号处理单元等组成。 3.4 系统性能指标
在 突 发 事 件 情 况 下，更 大 范 围 的 信 号 覆 盖 可 以 保 障 信 息 通 信 畅 通。 经 信 号 强 度 对 比 测 试，在 上 行 相同边缘速率 128 kbps 条件下，WiMAX 的子信道 增 益 比 TD-LTE 少 1.64 dB[4]，并 且 TD-LTE 的 覆 盖 范 围 优 于 WiMAX。2 种 通 信 方 案 的 信 号 覆 盖 范 围 对比见表 1 所列。
系
统
开
1 2 种无线通信方案
发 与
0 引言
电力应急通信系统要求无线接入通道应满足