0 引言

自“十二五”开始,根据智能电网的建设要求,电力行业大力开展配用电通信网建设,覆盖到各类配电终端、智能电表、分布式电源、电动汽车充换电设施等,同时为了满足柔性泛在电网的发展,覆盖面需延续到居民用户,对通信网提出了大量的潜在需求。目前配用电通信采用常用的光纤通信和无线公网方式,存在诸多困难,光缆建设难度大、周期长、成本高,而采用公网覆盖也存在容量不足、通信质量不稳定、安全性无法保证、租用成本高等问题,直接影响到终端网络的智能化水平。TD-LTE无线技术对海量终端的覆盖优势尤为明显,有必要开展TD-LTE无线技术在电力专网中应用的研究和
验证^{[1- 5]}。

无线通信的网络覆盖、网络容量和网络质量是获取竞争优势的关键因素^{[ 6- 8]}。网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了无线网络的服务水平,是所有无线网络优化工作的主题,因此迫切需要对电力系统中的无线网络优化进行研究。本文以某市案例为例,详细介绍了电力系统中的LTE无线专网网络优化的流程。

1 TD-LTE网络优化流程

LTE网络优化的基本原则是在一定的成本下,在满足网络服务质量的前提下,建设一个容量和覆盖范围都尽可能大的网络^{[ 6]},并可适应未来网络发展和扩容的要求。LTE网络优化的工作思路是首先做好覆盖优化,在覆盖能够保证的基础上进行业务性能优化,最后进行整体优化。网络整体优化的原则包括：最佳的网络覆盖、合理的邻区优化、系统干扰最小化和均匀合理的基站负荷^{[ 9]}。

网络覆盖是优化环节中极其重要的一环^{[ 10- 12]}。在系统的覆盖区域内,通过调整天线、功率等手段,可使尽可能多地方的信号满足业务所需的最低电平要求,尽可能利用有限的功率实现最优覆盖,减少因系统弱覆盖带来的用户无法接入网络或掉话、切换失败等问题。

在工程建设期,可根据无线环境合理规划基站位置、天线参数设置及发射功率设置,后续网络优化中可根据实际测试情况进一步调整天线参数及功率设置,从而优化网络^{[ 13]}。

在对TD-LTE进行规划时,可以为边缘用户指定速率目标,即在覆盖区域的边缘要求用户的数据业务满足某一特定速率的要求,例如64 kbps、128 kbps,根据某些场景下的业务需要,甚至可以提出512 kbps或1 Mbps等更高的速率目标。只要不超过TD-LTE系统的实际峰值速率,TD-LTE系统通过系统资源的分配与配置就能满足用户不同业务的速率目标要求。网络优化流程如图1
所示。

图1 网络优化流程 Fig.1 Network optimization flow chart

2 电力无线专网优化分析

2.1 优化背景

某地区共开通12个站点,站点分布如图1所示,该地区地势平缓,由西北向东南略微倾斜,南部群力村一带地势较低,高程仅2.5 m。

图2 站点分布 Fig.2 Site distribution map

2.2 扫频测试

扫频测试的目的是确认当前使用频段无线环境是纯净的,没有外部干扰,如存在干扰需协调解决处理,确保无线网络质量良好^{[ 14- 18]}。

在电力无线专网正式投入使用前,应该对该区域进行扫频测试,核查将投入使用的频点在该区域是否存在干扰,以此来选择最适合的频点。因此,扫频的工作意义非常重大,对网络的正常运行起到至关重要的作用。

目前电力专网使用的频段为1 785 MHz~
1 805 MHz,处于中国电信FDD LTE和中国移动DCS1800中间,起始频段有5 MHz的间隔,结束频段没有间隔。当前电力无线专网配置带宽是
20 MHz,由于这20 MHz带宽是在移动和联通的频带中间,而且两侧基本没有保护带宽,通信设备性能不理想,或者设备老化很容易出现杂散,必然会导致干扰较多。同时一些电子设备也会导致一些未知的干扰,如加油站、电子厂、屏蔽器等。

综合以上分析可知扫频的重要性,通过扫频测试可以普查频段内信号是否纯净,如存在外部干扰需尽快协调解决,以提升网络质量。

900 MHz二阶互调干扰也会导致电力专网
1.8 GHz频段干扰,其他频段的三阶互调干扰也有可能会产生新的干扰。由于电力专网对上传带宽要求不高,建议频率带宽设置为15 MHz或者10 MHz,设置5 MHz频段既能够增加频带间的保护间隔,还可以加强覆盖。

2.3 电力专网干扰分析

提取1周内的上行干扰指标,颗粒度为天,在基站侧只能提取到上行干扰情况,下行干扰只能在终端侧采集。上行干扰,也即上行底噪在-120 dBm以下是最理想的,高于-120 dBm即可判定为存在干扰。上行干扰高于-110 dBm可认为干扰使各项指标开始恶化,高于-105 dBm可认为干扰比较严重。

RSSI 统计见表1所列。

表1 RSSI 统计 Tab.1 Statistical list of RSSI

上行干扰统计如图3所示。

图3 上行干扰统计 Fig.3 Uplink interference statistics

由以上统计可知,干扰在-95 dBm以上时的占比很高,达到85.84%,说明频段内的干扰很严重,需要干扰排查。

2.4 告警监控处理

通过网管工具来查询基站是否存在告警情况。在测试过程中,若遇到无法正常接收到小区信号或者小区无法正常接入的情况,先查看具体基站或者具体小区的状态,在采取 Lock/Unlock、小区重启以及基站重启等操作均无法解决问题后,进站排查并同时采取相应的维护措施。

告警信息统计见表2所列。除去“X2接口故障告警”和“SCTP链路故障告警”影响较小外,其他告警都需尽快解决处理。

表2 告警信息统计 Tab.2 Alarm information statistics

2.5 KPI指标监控优化

提取11月份指标,颗粒度为天,分析各KPI指标走势。其中,无线接通率=RRC连接建立成功率×
E-RAB建立成功率=(RRC连接建立完成次数/RRC连接请求次数（不包括重发）)×E-RAB建立成功总次数/E-RAB建立尝试总次数×100%。

2.5.1 RRC建立成功率

RRC建立是终端可以接入网络的前提,RRC建立的目的是建立空口的控制信令。RRC建立的成功率统计如图4所示。

图4 RRC建立的成功率统计 Fig.4 Success rate of RRC establishment

由图4可知,随着终端数量的增加,RRC连接请求的次数越来越多,但是RRC连接建立成功率从11月23日开始恶化,明显低于之前的指标。主要原因是小区的RRC连接建立失败次数较多,导致全网RRC连接建立指标恶化。RRC连接建立成功率较低的小区存在弱覆盖问题和干扰问题的概率要高很多,可对单个小区下终端接收电平进行分析,以进一步确认是否存在问题。

2.5.2 E-RAB建立成功率

E-RAB建立的成功率统计如图5所示。

图5 E-RAB建立的成功率统计 Fig.5 Success rate of E-RAB establishment

由图5可知,E-RAB建立成功率很高,都在99.9%以上。目前E-RAB建立失败主要是核心网问题导致,需要重点优化核心网,核查是否为参数设置不合理导致的。

2.5.3 上下文建立成功率

上下文建立的成功率统计如图6所示。

图6 上下文建立的成功率统计 Fig.6 Success rate of context creation

由图6可知,上下文建立的成功率很高,基本都在99.9%以上。某些上下文失败次数较多,推断存在深度覆盖不足,或者存在TOP终端,需要优化
解决。

2.5.4 上下行流量走势

上下行流量走势如图7所示。

图7 上下行流量走势 Fig.7 Flow trend of upward and downward

由图7可知,上行流量明显高于下行流量,目前专网上行传输的流量都比较小,一般每天的流量在100 Mbit左右。11月3日和11月4日上行流量较高,是由于进行拉网测试导致的。

2.5.5 切换成功率

由于终端用户都是处于静止状态,切换的次数较少,没有分析的价值。但是可以通过终端占用的小区记录来分析是否处于覆盖的边界,从而更准确地判断小区的覆盖范围。

目前开通的终端区域都是经过选择的,满足条件才可进行布放。随着布放的终端越来越多,可供选择的好点肯定越来越少,那么从KPI指标来看,各项KPI指标肯定会有所恶化,需要及时监控指标,发现恶化的小区。目前该地区除RRC建立成功率略有恶化外,其他指标基本正常。

2.6 覆盖优化

目前优化站间距较大,弱覆盖是不可避免的,部分小区即使通过优化也不一定能够解决问题。通过RF优化能够解决部分弱覆盖问题,但是不能解决所有弱覆盖问题。

本文涉及的某地区电力专网目前开通站点较少,连片区域较小,而且还有3个站点未开通,导致弱覆盖区域较多,全部开通后网络覆盖范围会明显提升。

鉴于电力专网对上传速率的要求不高,每个终端只有很少的数据上传,将频点带宽由现在的
20 MHz调整到10 MHz,可以提升3 dB的覆盖,调整到5 MHz可以提升6 dB的覆盖。RSRP覆盖情况如图8所示。

图8 RSRP覆盖情况 Fig.8 Coverage of RSRP

2.7 终端问题处理

终端本身不能正常工作也是需要优化的重点,主要通过是否能够正常采集数据来确认其是否正常工作,不能正常采集数据的终端需要在现场采集数据,以确认是终端本身问题还是网络问题。

3 电力无线专网网络优化成效

根据配网自动化改造项目的覆盖目标和远景业务需求要求,区域覆盖率需达到95%^{[ 12]},自动化三遥终端的点覆盖率需达到100%。不同地区的覆盖率要求见表3所列。

表3 不同地区的覆盖率要求 Tab.3 Different area coverage requirements

目前本文案例地区的站点数量较少,容量、SINR等问题并不明显,并且对于终端而言,切换影响也较小,因此目前的主要问题是网络覆盖。

对此,网络优化需要做到以下几点：

1）做好监控,及时处理站点故障告警,保证站点的稳定性;

2）做好摸排测试,保证基础数据资料的准确性,为建设安装提供规划意见,对已安装的终端点位,覆盖不足的,要及时提出整改意见;

3）做好关键KPI指标处理,保证站点性能最优;

4）做好站点信息梳理,对覆盖不合理的小区及时进行优化调整;

5）做好日常维护测试,对因无线环境改变而发生的新问题需及时上报并提出解决思路;

6）根据终端布放情况,提出新站建设需求,并合理规划新站位置;

7）新站开通后,做好周边站点的优化调整;

8）对于发现的外部干扰问题,及时进行扫频排查定位^{[ 13]}。

4 结语

本文对无线网络优化的网络覆盖、干扰类型、告警监控、指标监控等进行了详细分析,提出了一种可在电力系统中应用的网络优化方案,并且以实际案例为背景,通过数据处理方式和对比分析方法,验证了该网络优化方案的可行性。

(编辑:邹海彬)

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