3.4　无线公网通信技术

3.4.1　无线公网通信技术应用现状

蜂窝概念的提出推动了移动通信从第一代（1G）到第四代（4G）的快速发展，成为当今世界发展最为迅速的领域之一，对人类生活和社会发展产生了重大影响。

4G技术也称为LTE，它采用了与3G不同的空中接口技术，物理层基于OFDM技术进行设计。在系统中采用了基于分组交换的设计思想，使用共享信道，物理层不再提供专用信道。系统支持频分双工模式（Frequency-Division Duplex，FDD）和时分双工模式（Time-Division Duplex，TDD）。同时，4G系统对传统3G的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络结构，接入网仅包含Node B，不再有RNC。

4G技术主要包含以下几项核心技术：OFDM技术、MIMO技术、基于IP的核心网技术、载波聚合技术。

LTE系统架构分为两部分，如图3-10所示。一部分为核心网（MME/SGW），另一部分为接入网E-UTRAN，接入网仅由单一网元eNode B组成。eNode B与核心网通过S1接口互联，eNode B之间通过X2接口连接。LTE的网络架构更加扁平化、架构简单，缩短了通信时延。

图3-10　LTE系统架构

3.4.2　5G技术在智能电网中的应用

1.5G具备多样化的支撑能力

5G通信技术的出现有望支撑第四次工业革命，无处不在的移动宽带、传感和人工智能的融合将推动行业和社会发生巨大变革。5G有三大应用场景：增强移动宽带场景、低时延高可靠场景和低功耗大连接场景。

（1）增强移动宽带场景延续了智能终端与网络能力的交互需求刺激，进一步提升了数据传输通信的收发率，即在现有移动宽带业务场景的基础上，对用户体验等性能进行进一步提升，主要还是追求人与人之间极致的通信体验。

（2）低时延高可靠场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

（3）低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿个连接的支持能力，而且要保证终端的超低功耗和超低成本。

2.5G在智能电网中的应用场景

截至“十三五”时期末，仅国家电网有限公司各类电力业务终端数量就达1687万个，其中，配电自动化三遥、精准负荷控制等电网控制类终端达24万台，用电信息采集、电网状态监测等信息采集类终端达1633万台，移动作业、移动营销等移动应用类终端达30万台。针对增强移动宽带、低时延高可靠、低功耗大连接这三大场景，电力业务的发展趋势和5G的特点是匹配的。

增强移动宽带场景在电网中的主要应用是移动巡检业务，包括变电站巡检机器人、输电线路无人机巡检、移动式现场施工作业管控等。通过引入5G技术，可以实现现场视频回传，甚至VR/AR远程指挥和诊断，完成智能化巡检管理，提高巡检效率。

在低功耗大连接场景下，针对的情况有两种。一种是配电网状态的小数据量监测传感器分布点多面广，仅国家电网有限公司就有440万台以上配电变压器。另外，开关柜、环网柜及分支箱等配网相关设备的规模也在800万台以上，这对无线网络的大规模接入管理能力和低功耗需求提出了严峻挑战。另一种是大数据量的边缘计算处理，所有数据都经过长途传输上送到计算中心处理，非常浪费资源，必要性也不大。5G是全新的无线通信技术，和以前的2G/3G/4G相比，其中一个特点是其网络架构包含边缘计算和网络切片能力，边缘计算的最大优势就是降低了终端到核心网侧的时延，可以在本地提供闭环控制，增强实时性，满足低时延业务的需求。

3.5G技术在智能电网中的应用前景

无线通信技术的快速发展有望使5G和能源互联网的有机融合成为现实，同时为电力公司带来额外的效益。5G灵活的功能架构将提供一个平台，能够支持关键时延敏感类型的控制应用及低功耗、低成本、海量接入的采集应用。其中大规模机器类通信技术可满足电力广深覆盖的业务需求，超高可靠和超低时延通信可满足电力精准负荷控制的业务需求。

5G网络即将实现真正的“通信无处不在”，面向未来的网络所带来的机会是电网公司不可忽视的机遇。5G技术除可实现智能电网传统的业务需求外，还可提供实现新的业务模式的机会。由于5G技术采用密集的小型蜂窝小区的结构，因此电网公司与移动运营商合作的机会可能会广泛出现，使电力公司分散的资产（如电力塔、输电线和路灯杆等）成为有价值的资产，发挥新的价值。

这些通信网络技术不断演进，可能创造新的商业模式。未来5～10年内，电网公司及其通信系统供应商必须及早考虑5G技术演进所带来的长期影响，以及面向未来的整体连接。