◆梁倩云 陈少磊

基于频谱共享关键技术的230MHz电力无线网分析

◆梁倩云1陈少磊2

（1.国网四川省电力公司遂宁供电公司 四川 629000；2.国网四川省电力公司 四川 610041）

想要确保电力监控系统能够可靠且安全的运行，就要对电力无线专用网230MHz实施分析研究。对于电力无线而言，其专用网230MHz段的频谱效率通常较低，只能实施较低速率的传输，这就会对电网新业务实现智能化发展造成不利影响。为使电网实现智能化，本文提出频谱共享的算法，该算法主要是用OFDM与功率分配技术，对频谱的效率进行提高，从而使系统容量实现有效提高。

频谱共享关键技术；230MHz；电力无线网

随着社会经济的逐渐发展，电网规模逐渐发展壮大，新业务的发展对通信的质量及速率提出不同的要求，这就对传输带宽提出了不同的需求。想要使质量、速率满足各项新业务的要求，就需要较高的频谱效率，且需具备对带宽进行灵活分配的技术。就认知无线网（Cognitive Radio，CR）的频谱共享而言，其作为可以对频谱稀缺现象实施有效解决的一种技术，主要目标就是使频谱的利用率实现最大化，并使使共享用户间的公平性得到兼顾。目前，以CR为基础的频谱共享主要是对频谱共享池（Spectrum Pooling）实施研究，其思想主要是将分配给不同业务的部分频谱合成公共频谱池，然后把频谱池划成若干子信道[1]。所以，信道属于频谱进行分配的最基本单位，频谱实施共享产生的问题能够转化成信道分配的问题，其不仅将信道的使用率最大化作为目标，而且还可以实现公平的接入以及最小的干扰。

电力无线专网作为电网实现智能化的保障，其230 MHz段为国家专门划分给水力、电力、地质等各行业专用的频谱资源。目前，电力230 MHz段传输只具有较低的传输速率，想要使智能电网实现有效发展，就需要对230 MHz段频率的利用率进行提高，以此承载质量及效率更高的业务[2]。正交频分复用（OFDM）技术通常可以使频谱的效率得到有效提高，并扩展系统容量，且还具有抗干扰的效果，属于良好的物理层的一项技术。本文主要以OFDM及功率的分配技术传输方案，对230 MHz段的频谱效率进行提高。

1 电力专网通信与业务需求

我国的首个TD-LTE 230 MHz电力无线宽带通信系统建设在浙江的海盐，其使智能电网配电的信息传输获得专门的信号通道，并使智能电网的通信技术得到有效突破。无线电网的国家管理委员会规划，电力的专网需离散分布在223 MHz~235 MHz段范围内，包含频点40个，且各离散频点的带宽均为25 kHz。其中，单频频段通常包含频点10个，且离散呈不均匀分布在228 MHz~230 MHz频段，各频道的间隔分别为25 kHz；对于双频组而言，其频段共有频点30个，离散呈不等间隔分布在230 MHz~235 MHz频段以及223 MHz~228 MHz频段，收发频率的间隔是7 MHz，频道的间隔为25 kHz[3]。目前，传统化的单频点信道仅能支撑速率较低的数据传输。但是，随着社会、经济的进一步发展，电力系统对相关设备的维护及监控提出更多的需求，面对这种状况，电力通信的专网能够支撑视频、图像等较高速率的业务，因此，电力通信的专网需提供显著的数据传输效率。因此，想要使230 MHz频谱资源实现更有效利用，就需要对频段的频谱效率及传输速率进行有效提升。

2 电力专网OFDM方案的设计

在对OFDM系统设计实施的过程中，需对各系统的要求进行折中考虑，这些要求通常是互相矛盾的。对三个较主要系统的参数需要考虑：业务的传输速率、系统的宽带W、多径时延的拓展。工信部无线电管理局对230 MHz段实施规划，子载波的间隔为25 kHz，其中，电力通信的专网频点共40个，也就是40个子信道，1 MHz带宽[4]。所以，通过电力通信的专网时，OFDM信号的宽带W为1 MHz。OFDM信号的子载波之间需符合正交的条件，对于230 MHz电力通信的专网而言，由于其属于离散分布，会造成OFDM信号的子载波之间产生不连续状况，并对其设计造成相应的难度。想要确保正交性，本文所设计的子载波间隔Δf是25 kHz，这样虽然确保子载波的离散分布，但也只能确保两个子载波之间相差为整数倍的Δf，从而确保子载波之间的正交性，并确保各子载波宽带为25 kHz，且不能超过信道宽带。

3 频谱共享下的功率分配

想要使系统容量有效提高，频谱共享可以通过贪心算法实现新型功率分配。对于时变特性而言，由于其无线信道通常对不同频率具有不一样的衰落特性，也就是频率的选择性衰落。根据该特性，本文以电力专用的1 MHz段，通过注水功率的分配算法对系统容量进行扩展，实曲线通常表示为信道带宽内部的不同频率所对应的信噪比的倒数，信道容量实现最大化的方式类似于将水（阴影部分，即Pav）倒入到实曲线表示的碗中，就能够使 P（f）实现信道容量的最大化，这就是所谓的注水功率分配法。

4 结束语

综上所述，为使智能电网有效满足业务需求，本文提出了认知无线电中的OFDM传输形式，根据230 MHz 电力运用的频谱特征，对OFDM参数实施分析及设计。通过对频谱共享的算法运用，可以使频谱效率得到有效提高，从而使230 MHz 频谱实现良好的规划，并促使智能电网实现有效发展。

[1]张亦弛，张晖.230MHz电力无线专网天线挂高与覆盖效果的研究[J].数字通信世界，2019（01）：120-121+274.

[2]潘博，唐星，齐世强.LTE230MHz电力无线专网KQI指标优化研究[J].信息通信，2018（07）：184-187.