普天LTE230产品及解决方案
一、LTE230系统特点
（一）系统背景
随着社会的快速发展，能源危机、环境恶化等问题日益突出。为保证社会的可持续发展、确保能源安全，国家积极推动新能源开发、清洁能源替代、能源互联网等战略。在能源领域开展信息化和精细化管理，确保能源供应安全及能源领域信息安全。
近年来通信技术的快速发展为“能源互联网+”和行业通信提供了技术上可行性，由于经济效益等原因近二十年来无线通信专网的发展明显落后于无线公网，能源领域现有无线通信专网已难以满足能源通信和信息化需求。亟需采用新技术、新产品对能源领域的无线通信专网进行功能完善和性能提升，满足能源信息化需求。
普天技术利用通信国家队的优势，与国家电网等相关能源企业签订战略合作协议，将普天技术公司在通信领域的技术研究和产品经验与电力、石油等能源行业的通信和信息化需求进行有机结合，进行跨界研究和LTE230无线通信专网系统和产品开发，为能源领域提供行业通信和信息化解决方案。
LTE230系统从研究到应用，均获得国家多个部委的大力支持，承担包括国家重大专项在内的多项创新研究，得到国家工信部、科技部、国网电科院等部委和专业结构的认可，获得多项发明专利、论文、软件著作权等知识产权。
目前为止，国内已建二十多个规模大小不等的电力、石油领域LTE230无线通信专网。国内最大三个电力无线专网均有LTE230系统承建，承担包括用电信息采集、配电自动化在内的多项智能电网业务。
（二）系统架构
LTE230系统采用TD-LTE标准系统架构，主要由无线终端UE、无线基站eNodeB、核心网EPC及网管eOMC构成。具体参见图1。
图1 LTE230系统构成
无线终端UE。LTE230系统的无线终端模块，直接与集中器、负控终端、配电自动化终端等电力终端设备通信。
无线基站eNodeB。LTE230系统的无线基站，能够接入多路用户。包括固定基站以及移动基站（车载）。
无线核心网EPC。LTE230系统的核心网，负责终端认证、终端IP地址管理、移动性管理等，直接连接智能电网主站。
网管eOMC。LTE230系统的网络管理单元。主要包括两部分内容：网络状态监控和设备运维。
（三）系统优势
LTE230从智能配用电网的业务特点出发，基于电网现有的230M离散频点，采用先进的TD-LTE 4G载波聚合、频谱感知等技术。系统具备广覆盖、大容量、高可靠、高速率、实时性强、安全性强、频谱适应性强、灵活易扩展等特性。
（1）广域覆盖
LTE230无线宽带通信系统使用230MHz频段，与高频段相比，信号传播距离远，绕射能力强；另外更加高效的终端发射机技术和高灵敏度的接收机技术，大大提升了系统的覆盖能力，可实现大范围高质量的无线覆盖，系统在密集城区覆盖可达3～5km，开阔地区覆盖可达30km。该特点减少了无线通信系统部署中所需的无线基站数量，降低了网络建设和维护成本。
（2）海量实时在线用户
LTE230无线宽带通信系统在设计上保证全部终端实时在线，共享资源，终端在有数据传输时动态分配资源。同时，通过优化信令流程，减少系统开销，保证系统实时支持海量终端，系统每逻辑小区最多支持2000个终端，单基站最多支持6000个终端。该特点确保单基站接入终端数量大，而且满足高实时性的需要。
（3）频谱适应性强
LTE230的频谱感知能力，能够自动规避与传统系统间的冲突，并减少对可能存在的230MHz通信系统的干扰；针对行业可用频谱离散分布的特征，采用先进的载波聚合技术，实现宽带数据传输。保证无线通信系统与现有的通信系统共存。完全适应230MHz频段频谱离散、干扰共存的现实频谱环境。
（4）频谱效率高
结合电力行业无线应用特点，LTE230无线宽带通信系统采用上行大下行小的非对称资源配比方式，避免了传统无线通信系统进行大量采集应用时，下行资源严重浪费的问题；采用改进的载波聚合、OFDM、高阶调制等领先技术，极大提高无线传输效率，系统的频谱效率较传统技术提高3～4倍。
（5）易部署、易扩展
该系统可以有效与其它230MHz系统共存，结合频谱感知等技术，更容易实现对传统通信系统的平滑升级；同时，软件无线电技术的应用，能够更为灵活的扩展工作带宽；全IP化网络架构，不仅能够适用现有业务的开展，而且方便将来新业务的扩展应用；230MHz频段比高频段电磁波传播绕射能力强，因此，基站易于部署和建设。可建设在电力大厦、营业厅、变电站等楼顶或已有的杆塔上，对基站建设位置、高度不用太高的要求。
（6）为电力通信业务定制开发
LTE230是针对电力通信业务需求定制开发的，主要表现在上行速率大于下行速率，上下行非对称，适合电力业务上行通信速率大于下行通信速率的实际需求；其次，通信终端实时在线，适合电力通信业务实时性要求高的实际需求；第三实现对终端的实时管理，通信终端的状态信息、故障信息、链路质量信息等可随时了解或感知。
（四）技术指标
LTE230系统主要指标如表1所示.
表1 TD-LTE230系统的技术指标
二、LTE230解决方案介绍
LTE230提供双向、可靠、实时的数据通信，同时提供视频、语音等多媒体业务。在电力、石油等能源领域，可为如下业务提供通信信道接入。
（一）电力无线专网解决方案
电力用户分散， LTE230低成本广覆盖的组网特点，能很好地满足乡镇和农村环境下配用电终端远程通信接入的业务需求：
1.智能配电网业务需求
（1）提升和完善用电信息信息采集业务
乡村多数情况下表计零星部署，城镇环境下所采用的“集中器-采集器-电表”三级终端组网。
● LTE230单基站覆盖范围广，只需部署少量站点即可实现广大乡村的覆盖。组网成本低，网络建设便捷。
● LTE230具备一系列符合电力规范的通信终端模块，可内置于集中器、采集器、负控终端、工商业电表的通信模块，与GPRS公网互为补充，共同实现远程抄表业务的全采集、全覆盖。
（2）支撑线损与防窃电管理业务
基于LTE230信道，在开展对农网电表、配变、考核计量点等节点远程、实时的采集和监控的情况下，可进一步开展数据深度挖掘，进行基于馈线、配变的实时线损计算。及时发现用电异常，协助定位窃电行为。
（3）配电自动化“三遥”业务
国家电网《配网自动化规划设计技术导则Q/GDW11184-2014》中明确指出，在A、B、C类供电区，“根据配电终端的配置方式确定采用光纤、无线或载波通信”，在D、E供电区，“以无线通信方式为主”。可见无线通信将是该类地区馈线自动化理想的通信技术体制。
采用LTE230无线通信专网信道传输可靠性高、传输延迟小，同时采用与公网隔离的组网方式，安全性高，可很好地满足“三遥”业务的传输需求。
（4）充电桩远程监控业务
充电桩的普及与管理是电动汽车行业发展的一个必要条件。充电桩普及的一个前提就是具备远程监控与管理手段、随时知道每个充电桩的状态、耗电量、远程计费等。市区情况下光纤或其它有线网普及到车位不具备工程实施上的可行性，开放式公共网络具备信息安全隐患。LTE230具备安全、可靠、满足远程计费等双向实时业务、无信道租赁费、长期经济效益好，非常适合承载充电桩远程监控的传输业务。
（5）现场作业指导应急视频业务
配用电网相对薄弱，架空裸线与电缆等多种线路共存，单电源供电仍比较普遍，受线路所在地农业种植、厂矿建设、河道挖掘等日常行为破坏，中低压配电网故障率较高。基层电力员工维护作量大、部分员工施工安全意识淡薄、存在违规作业等现象，电力施工安全性和施工质量偏低。
建设LTE230电力无线通信专用信道，可将作业现场的数据、图像、视频、语音等信息实时传回指挥中心，实现对作业现场的远程指导和监控。提高作业质量、降低事故概率。
2.电力无线专网建设方案
电力配用网环节存在网络拓扑复杂、变化快、终端节点数量和种类多、空间分布广等实际情况，且不同配用电业务之间对信息传输的要求不尽相同。配用电网的区域差异和业务的多样性决定配网通信网需要采取多种通信体制，建立以光纤为骨干网、无线通信网作为全覆盖接入的组网模式。
（1）用电信息采集专网建设方案
LTE230系统可为居民、专变、工商业等多种用户用电信息采集业务如图2所示。
图2 用电信息采集解决方案
除了常规的抄表外，无线专网还可以支撑如下新业务：
● 支撑远程购电业务。用户可直接通过网络在线购电或银行代理点购电，所购电量通过远程通信网直接下发到用户电表，是智能电网建设最直观、最能提升用户感知的亮点之一。LTE230所采用的多层安全加密机制，进一步保证了电力用户信息安全，避免电力数据的泄露和篡改，保证电力用户购电信息完整、正确、及时地下发到用户电表。
● 满足费率控制的开展。国家电网提出阶梯电价、分时电价等费率政策，从经济上引导用户合理用电，降低电费支出，同时提高电网设备利用率。LTE230可满足费率控制的通信需求。将费率表信息及时、完整地下发到用户电表，或相应表计终端，便于用户查看，随时了解自家或本单位实时用电信息。
● 为配变监测提供高性价比传输信道。柱上变、箱变等配变设备分布广，且多处于偏远地区，维护困难。LTE230专网信道实现乡镇和农村广大地区的信号覆盖，覆盖质量完全可控，满足配变监测的远程通信需求
（2）配网自动化专网建设方案
LTE230终端可以根据电力业务需要，接入FTU/TTU/DTU多种配电自动化终端，终端数据通过LTE230系统的专用通道送到远端监控主站系统。监控主站的下发指令也通过LTE230网络传递到配电自动化终端中，以控制配电自动化终端的操作，实现安全可靠的双向通信。如图3所示。
图3 配电自动化解决方案
（3）设备部署思路
随着智能电网的发展，配用点无线专网建设越来越广泛。LTE230建设过程中，应充分选用变电站、供电所等电力已有资产点作为无线站点，以减少配套投入、降低施工难度。设备部署如图4所示。
图4 基于LTE230系统的配电自动化解决方案图
（二）石油行业解决方案
1.智慧油田业务需求
（1）生产数据自动采集业务
生产数据自动采集涵盖油气水井、计量间、油气处理站库等区域，通过在井场、站库等现场安装变送器、传感器等数据自动采集装置，实时采集各项生产数据，再通过RTU控制器对数据进行存储、处理、读取，为生产运行管理系统、生产指挥系统、管理决策系统等提供及时、准确的数据支撑，达到及时了解生产运行动态、辅助管理决策的目地。如图5所示。
图5 油田生产数据自动化采集解决方案
（2）井场高清视频监控业务
无线通信终端与视频监控终端的接口为以太网口，建议采取无线网桥的方式进行回传，本方案不做进一步展开。如图6所示。
图6 油井高清视频监控解决方案
（3）难点井场高清图片监控业务
部分井场可能难以实现网桥传输的部署，在这种情况下，可以采用高清图片监控的方式，仍然采用高清视频监控的摄像头，但采取LTE230回传。视频监控系统架构如图7所示。
图7 年底按经常高清图片监控方案
2.智慧油田无线专网建设方案
结合LTE230系统优秀的绕射能力，可大幅度的降低单位面积的设备投入量，同时也大幅度降低诸如塔架、机房等配套设施投入，设备安装和维护的人员投入也随之降低。在满足井场无线数据采集宽窄带并存的应用要求的前提下，LTE230设备具备巨大的成本优势。
结合油田采区特点，综合考虑无线传输网络建设的经济型、可扩展性、与生产现状的适应性，建议采用LTE230和LTE1800混合组网建设方案，进行高带宽覆盖，以保证更高的视频监控质量。如图8所示。
图8 油田无线专网混合组网建设方案
（三）其它行业解决方案
LTE230系统除了可用在在电力石油等能源行业外，还可以为农业、林业等领域建设无线专网，提供丰富的物联网应用。