基于融合核心网的多频段电力无线专网研究
电力无线专网是全业务泛在电力物联网的重要支撑，国家电网公司积极研究
提高电力无线专网可靠性、降低网络建设成本的方法。
标签：电力无线专网;多频段;核心网
引言
在无线传感器网络中，许多具有通信和信息处理能力的传感器节点通过无线
的方式组网连接，通过相互协作共同完成对目标信息的采集和监测，并执行用户
设定的相关任务。这种网络能够实时感知传感器节点分布区域内的各种监测对象
的信息，并将信息传递给远端用户。无线传感器网络可应用于布线和电源供给困
难的区域、人员不能到达的区域（如受到污染的地区、环境险恶的地区和敌人占
领的地区）和一些临时场合（如发生自然灾害时）等。如今，在军事、农业、工
业、智能家居、安全、空间探测、环境监测和医疗卫生等应用领域，无线传感器
网络有着传统网络无法比拟的技术优势，有着巨大的理论研究价值和实际应用价
值。在实际应用中，各个传感器网络所使用的频段不一定相同，如何统一协调和
管理各个不同频段的子网成为必需解决的问题。
1多频段无线通信系统
不同无线频段的差别由于电磁波在自由空间路径损耗与频率相关，频率越高
损耗越大，低频段具有覆盖距离远，绕射能力强等特点，采用低频段建设无线网
络可以大幅减少投资，因此低频段一直是通信行业的黄金频段。选用覆盖能力强
的基站可以减小单位面积上基站的数量，甚至仅依靠国网现有的变电站、营业厅、
供电局大楼就可以完成整个网络的建设，从而减少了站址选择的困难，以及站址
维护的资金投入。无线覆盖模型是根据实测数据建立的模型，依据行业标准，
1500MHz以下低频段系统使用Okumu-ra-Hata模型进行覆盖计算，1500MHz以
上低频段系统使用Cost231-Hata模型进行覆盖计算。虽然1800MHz频段覆盖面
积较小，但是该频段可以连续使用5MHz或者10MHz信道带宽，能够提供高速
数据传输，满足应急视频、变电站巡检机器人视频传输需求。无线网络建设中可
以考虑使用LTE230与LTE1800混合组网，既使用230MHz网络实现低投入的全
面覆盖，同时对局部区域使用1800MHz网络实现热点覆盖。如果混合组网中对
相应设备进行一体化融合设计，可以有效降低网络建设成本和简化网络复杂度。
2基于融合核心网组网方式
本研究针对LTE中关键网元EPC进行创新设计，融合230MHz与1800MHz
双频段的信令和数据处理于一体，同时支持230MHz频段与1800MHz频段的无
线基站系统。实现LTE230和LTE1800的EPC融合后，EPC同操作维护中心以
及基站之间的传输网络仅需要配置一套，此方案体现几个优势：①有效降低数据
的处理与交互时延，提高智能电网终端控制时效;②简化结构，降低了前期网络
设计以及后期运行维护的复杂度;③降低了网络建设成本，具有大范围推广的意
义。
3协同策略
3.1F频段和D频段协同覆盖方式的分析研究
首先是协同重复覆盖，也叫做主流场景，这种模式主要是适用在F频段和D
频段共站址的情况下，需要对两个频段的覆盖范围进行一定的修改，保证两者之
间的覆盖范围相同。对于该覆盖方式，其主要是为了满足当前的国际漫游需求，
通过多载频来实现对不同覆盖方式的数据需求，同时能够减少覆盖区域中的盲
点，保证国际漫游业务的需要。然后是协同插花覆盖，这种模式中的F频段和D
频段之间是相互独立的，两者共同协作对某一区域进行覆盖。对于这种覆盖方式，
其主要是使用在F频段和D频段之间没有共同频率的情况，避免两者之间出现
相互干扰。
3.2F频段和D频段协同覆盖方案的选择
根据对当前我国TD-LTE网络的实际情况进行研究，发现充电覆盖的组网方
式是最优的选择，在该运行模式的初期，主要是将两种频段进行全方位的室外覆
盖，然后根据不同客户的业务需求采用不同的多载波扩容，这样能够在节约成本
的基础上满足不同用户对网络扩容的需求。在未来的LTE网络中，主要是两种
网络方案，一种是对室外频段进行覆盖，另一种则是对热点区域的容量进行扩充，
满足用户的网络需求。
3.3F频段和D频段的协同建设方式
LTE网络业务较多的区域选择站址是非常困难的，假如需要对D频段的站
点进行增加，往往会造成大量的成本浪费，且对于原有设备的升级造成一定的困
难，因此，对于这种情况可以选择F频段和D频段两种频段协同建设的方式来
改善，这样能够大大降低建设成本。
4融合核心网的实现方案
4.1总体设计
融合EPC将双频段EPC功能集成在统一的硬件平台上，软件协议基于标准
LTE协议进行增强，并针对电力业务特色深度优化。融合EPC的主要功能包括
移动性管理、业务数据管理、业务信令管理、流量控制、系统资源管理功能等。
4.2硬件设计
硬件平台基于开放的ATCA（AdvancedTelecomComputingArchitecture，先进
的电信计算平台）架构设计，可解决电信系统主要面临的扩展问题、可管理性问
题以及可互操作问题，机框内高性能刀片服务器可以独立定义，分别承载LTE230
和LTE1800业务数据和控制信令。
4.3软件设计
4.3.1软件架构设计
软件系统架构实现分为三个层面：操作系统和驱动程序层、通用软件平台层、
应用软件层。这种设计的突出优点在于：通过模块的叠加可以实现系统处理能力、
系统容量以及接口数量、类型的扩展;这种结构也很适合未来新技术、功能更强
大的处理器的引入，有很好的移植性，同時软件的移植性得到保障，可实现业务
不间断在线升级。
4.3.2软件实现方案
软件代码引入控制分离软件模块，增强双频段基站不同交互信令的甄别能
力，总体思路如下：①230MHz与1800MHz核心网实现的MME功能、SGW/PGW
采用独立协议栈;②SGW/PGW增加区分UE（UserEquipment，用户设备）的控
制分离机制，进行不同的协议栈分支处理;③不同制式的UE和eNB
（enhancedNodeB，演进型基站）在接入时进行区分识别，对不同制式UE和eNB
的处理采用独立逻辑分支，不同制式通过接入控制分离模块对信令接入消息到不
同的协议栈处理模块;④路由传输控制模块，上行业务数据在不同制式UE、eNB
下将数据发送到不同制式的协议栈，完成S-P/GW传输分离;下行业务数据通过
路由控制模块发送到不同的S-P/GW，再发送到对应的UE。
结语
参考文献
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