LTE在电力系统中的应用技术研究

张维

摘要：本文提出了一种将LTE应用于电力授权频段的系统设计，该系统只需在LTE系统的收发端，加入一个有效的数据转换模块，而不修改LTE任何收发端装置就可以完成数据的收发转换。从而有效的将LTE系统的机制应用于电力系统。

关键词：LTE;电力系统;OFDM

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0019-02

0 引言

随着LTE技术应用范围拓展，非标准带宽的应用场景越来越多，而LTE的无线宽带通信系统大多工作在1800MHz等高频段，虽然数据传输能力较强，但单站的覆盖能力方面较弱，建网和运维成本很高，且都基于通用标准设计，与非标准带宽的应用业务的结合能力一般。如果将LTE系统运用在非标准带宽的授权频段，既具备广覆盖优势，又具备宽带传输能力，是非标准带宽应用通信体制的较好选择。

现有技术中[1]-[2]，将LTE系统运用到非标准带宽的应用场景中不仅需要改变现有LTE系统的收发机制，还需对终端的收发机制进行改造，因此，增加了LTE技术运用到非标准带宽的应用成本。

本文提出了一种将LTE应用于电力授权频段的系统设计，该系统只需在LTE系统的收发端，加入一个有效的数据转换模块，而不修改LTE任何收发端装置就可以完成数据的收发转换。从而有效的将LTE系统的机制应用于电力系统。

1 系统框架及设计

为了遵从尽量不修改LTE系统的原则，分别在LTE发射端增加了一个LTE到电力授权频段的时频转换模块，相应的在接收端增加一个电力授权频段到LTE的转换模块。而LTE发送端与接收端适当或者不做修改。如图1所示。

系统包括LTE发送模块，电力系统数据转换发送模块，OFDA符号生成模块，FFT转换模块，电力系统信道估计和均衡模块，电力系统数据接收转换模块，LTE接收模块。下面主要对时频资源集OFDM符号设计进行描述。

1.1 电力系统时频资源设计

电力系统专用230MHz频段的频谱离散分布在民用短波频段上，呈无规则、梳状结构，每个离散的频点带宽为25kHz，总共40个频点。40个频点集中分布在三个频段上，223.525-224.650（1.15MHz），228.075-228.750（0.7 MHz），230.525-231.650（1.15MHz）[3]，如果直接将LTE系统的数据转换到电力系统转换模块，其所传输的数据量远远不能满足系统需求。

为了满足电力系统转换模块能够适应不同带宽的LTE系统，首先通过变频的方式，将三个频段的数据集中在一个频段内。根据LTE所选择的不同数据带宽，将离散电力系统的每个离散频点分割为N个带宽为25kHz/N的子载波，形成一个载波大小为Q，符号数为F的一个离散OFDM系统。相应的，根据所得到的系统大小，在空口自适应的选择对应的数据传输采样率。从而满足在LTE系统一个子帧的时间内（1ms）能够完成对所有数据的传输。

其次，由于LTE与电力系统的结构有所不同，在通过无线通信信道后，其对应子载波的数据所受到的影响不同，为了保证接收数据能够正确解码，在电力转换模块中，加入电力系统参考信号。对于参考信号的设计，仿真中发现，在资源映射阶段，如果将LTE的时频资源按照每个符号逐个映射到电力授权频段的资源上，过信道后，由于多径影响在不同子载波会呈现不同衰落，特别地，电力系统不是连续系统，其衰落变化更大。会影响信号处理结果，如图2所示。

为此，在LTE到电力系统资源映射时，首先保证CRS的映射尽量均匀的分布在电力系统上。特别地，将其均匀的分布到三个簇上。尽量获取多的子载波的信道信息。并尽量保证其他信息的相对位置与LTE的系统保证一致。否则会存在子载波均衡时，所使用的信道估计与实际位置错开的情况，从而导致最终解码错误。具体做法为，将40个子载波三个频段间，两两间隔1MHz，剩余的分别在40频点前后各保留0.7 MHz。

最后，按照LTE系统到电力系统转换模块的数据映射格式，将LTE系统的数据映射的电力系统的转换模块当中。其数据格式映射格式包含，LTE主同步信号（PSS）映射到电力系统的第2个符号上。LTE辅同步信号（SSS）映射到电力系统的符号第10个符号上。LTE广播信道（PBCH），分别映射到电力系统的4，5，6，7符号前可用1-72个子载波上发送。LTE数据信道数据映射到电力系统除其他信道以外的剩余RE上。按照先子载波再符号的映射方式。

1.2 电力系统 OFDM符号设计

电力系统中，我们规定1ms中发送11个OFDM符号。其采样率为6.4MHzps，及每个符号的采样点为582（符号1-10）与580（符号11），而数据FFT点数为512，则设计的CP长度为70与68点（10us），如图3所示。

2 实现过程

通过以上设计，我们给出了具体的相关实现流程，如下所示。

（1）按照LTE系统发射端机制，产生LTE发送数据。如，生成一个LTE 5M基带数据，电力系统数据转换发送模块;

（2）根据5M系统的时频大小。确定电力系统转换模块子载波带宽25kHz/N，设定对应的系统的子载波大小Q以及符号数F，形成一个大小为Q*F的离散OFDM系统;

（3）在电力系统转换模块中，加入专有参考信号;

（4）按照LTE系统到电力系统转换模块的数据映射格式，LTE系统的数据映射的电力系统的转换模块当中。电力系统数据接收转换模块;

（5）在接收端，提取电力系统转换接收模块中参考信号信息;

（6）将数据输入到电力系统转换接收模块中的信道估计与均衡模块中，进行信道估计与均衡计算。得到一个纯净的信号;

（7）将该部分信号根据电力系统转换模块到LTE系统的数据解映射格式，还原LTE信号。

3 结语

LTE系统运用在非标准带宽的授权频段，既具备广覆盖优势，又具备宽带传输能力，是非标准带宽应用通信体制的较好选择。现有技术中，将LTE系统运用到非标准带宽的应用场景中不仅需要改变现有LTE系统的收发机制，还需对终端的收发机制进行改造，因此，增加了LTE技术运用到非标准带宽的应用成本。

本文提出了将LTE应用于电力授权频段的系统设计，该系统只需在LTE系统的收发端，加入一个有效的数据转换模块，而不修改LTE任何收发端装置就可以完成数据的收发转换。从而有效的将LTE系统的机制应用于電力系统。

参考文献

[1] 刘瑾，王丽珠，章辉，冯英敏，等.基于FDD-LTE230的电力无线专网研究[J].自动化与传动，2015（6）：47-49.

[2] 原义栋，赵东艳，吴广宇，等.基于230MHz电力无线专网的频谱共享关键技术研究[J].通信技术，2015（8）：79-82.

[3] 王奔.电力无线通信的频谱聚合技术研究[D].华北电力大学，2013.