（云南电网有限责任公司普洱供电局 云南普洱 665000）
摘要：文章通过介绍M市供电局McLTE无线专网的网络规划、网络优化及应用成效，提出了针对无线电力专网的规划及优化实际应用方案。全文在规划设计中介绍了几种不同传输模型，并根据实际场景选出传输模型进行链路预算仿真，在应用成效中对规划成果进行阐述，验证网络规划在无线专网建设中的应用。优化设计着眼于实际应用中出现的覆盖、性能等问题，进行针对性优化工作，并将优化前后效果进行对比，验证优化设计的可行性。本文电力无线专网规划及优化设计以具体M市实际建设覆盖为例，为电力的McLTE无线专网建设及使用提供技术参考，具有一定的指导意义及实际应用价值。
关键词：McLTE；网络规划；网络优化；传输模型；链路预算
0 引言
自“十三五”规划以来，电力行业推出智慧电网的建设计划，打造智慧电网成为电力行业发展的重要目标。智慧电网要求配用电通信网能够覆盖到各类配用电终端、智能电表、监控终端、移动业务终端等设备，同时为更好推动柔性泛在电网的发展[1]，提高对用户终端的覆盖面，对配用电通信网络提出更多要求。
目前配用电网络通信主要由光纤网络和无线公网组成，光纤通信网络对于发电、输电、变电、配电方面作用很大，可以满足通信需求，但是对于用电来说，光纤网络存在建设成本高、周期长、铺设难度高等问题，不能满足用电通信终端的需求[4]。公网具有广泛的覆盖面，但是由于通信的安全性、可靠性、用户容量、租用成本过高等问题，也不能满足配用电需求。目前主流的LTE无线通信技术具有海量终端的承载与覆盖能力，因此将LTE技术在电力无线专网建设使用对推动智慧电网建设具有举足轻重的作用。
在进行LTE无线专网建设时，衡量其通信优劣的标准包括无线覆盖区域、系统容量、无线网络质量等。而无线网络的覆盖、系统容量、网络质量需要经过网络的前期规划、中期建设和后期优化几个步骤完成。规划部分主要是针对无线网络覆盖区域的地形地貌、覆盖面积、用户数量等进行考量，输出建设规划方案，网络规划属于整个无线专网建设的基础；中期建设主要按照规划方案进行工程实施，建设预期要达到的覆盖网络；后期优化部分属于整个无线网建设后的核心步骤，经优化后的网络可最大化利用设备资源，提高系统可用性。
因此，建设无线专网时网络的规划及优化对于无线网络覆盖、节省设备资源、最大化利用系统性能具有重要意义。本文以M市为例，介绍了无线网络规划与优化在城市区域覆盖的应用，为电力无线专网建设提供参考。
1规划设计在专网建设中的应用
1.1无线传播覆盖模型选取
无线信号覆盖时主要考虑无线信号在传播过程中的损耗，来预测无线信号的覆盖区域，从而确定设备安装、调试等相关工作。而无线信号传播模型则是根据信号覆盖预估而被提出来的。在传播模型研究方面，国际上主要有以下两种派别：一是直接应用电磁理论进行计算的确定性模型，另外一种则是基于大量的相关测试数据而得出来的一种统计模型，基于这种方法的出来的模型又被叫做经验模型。
应用电磁理论所求出的理论模型，因其对理论支撑的数据要求较高，其更适合于室内或微小区域的传输区域覆盖计算，而且其应用较复杂，计算量较大，目前应用较少，较典型的应用如射线跟踪法。而基于经验的相应数据推出的经验模型则更加具有普遍意义，适合面更广，尤其对于室外的宏站的信号覆盖计算更加准确，其得到了包括ITU、ETSI和国内外大批厂商使用，目前较著名的统计模型由Okumura模型、Hata模型、Egli 模型等。
传输模型在经过实际使用后，经过许多科学家、工程师的努力在各种统计模型基础上进行了相应的参数因子修正，针对不同使用场景推出了可用于平台地面的宏蜂窝无线传播模型Okumura-Hata、COST 231、COST 231-Hata、General Model，用于丘陵和山地覆盖预测的Egli传输模型以及用于微蜂窝无线传播的Walfish-Ikegami、Ray-Tracing模型等。
目前使用的模型主要有Okumura-Hata和COST 231-Hata 模型，因其使用的较普遍，目前也更贴合覆盖的实际效果。而两种模型的主要使用条件如下：Okumura-Hata模型应用频率根据经验统计得出，其应用频率为150MHz到1500MHz之间，小区半径大于1km的宏蜂窝系统，基站天线高度在30m到200m之间，终端天线高度0-1.5m。其在900MHz的GSM应用广泛；COST231-Hata模型是Hata模型的扩展版本，主要较Okumura-Hata区别在于频率使用范围，其适用于1.5GHz到2GHz，目前LTE频率范围主要为该段频率内。本文讨论的前提条件是市区内的LTE技术，使用1800MHz频率的无线覆盖。因此适用于COST231-Hata模型，其公式及各部分说明如下：
其中：为平坦市区的中值传播损耗（dB），f为频率，范围1500MHz-2000MHz，为基站天线高度，范围30-200m，为移动台天线高度，范围1-10m，d为传播距离，范围1-20km，为移动台天线修正因子，= 0dB，对于中小城市、郊区，= 3dB，对于大城市。[2]本文所规划区域为中小城市，且所选基站站址周围没有高密集楼群遮挡，采用市区环境修正因子为覆盖距离预测。适用模型COST231-Hata模型，本文规划及优化参数修改依据均为该公式。
1.2无线网络规划
无线网络规划主要对专网中的核心网、基站、传输链路进行规划，核心网安装在现有通信机房内，传输链路则根据需要调通即可，基站的规划在整个无线网络规划中处于核心部分。基站的规划直接影响业务的覆盖、网络性能、系统容量以及投资成本。本节介绍M市基站规划。
基站规划包括频率规划、站址规划、基站设备配置、无线参数设置和无线网络性能预测分析5个方面[2]。本次M市的网络规划中使用的频率为1800M专网频率，带宽10MHz，要求覆盖M市新供电局和老供电局的工作区域，站址选取新老供电局楼顶，两幢楼高度均约30m。基站设置为三扇区光纤拉远基站，无线参数考虑小区PCI、子帧配比、邻区、功率、TA区、PRACH、基站方向角、下倾角、天线型号等。无线网络性能预测主要包括性能、吞吐量、切换、覆盖等。
1.3参数规划
本文McLTE无线规划应用区域为M市新供电局和老供电局的工作区域，主要业务包括配用电数据业务及上行视频监控业务，要求边缘覆盖概率为90%，数据边缘速率128Kbps，视频边缘速率1024Kbps。因此无线参数规划依照该区域特性及业务要求进行设置，基站采用光纤拉远基站，子帧配置采用方案0，即DSUUUDSUUU，特殊子帧配置采用方案7，即10：2：2；调制方式为QPSK、8PSK、QAM16自适应方式。终端发射功率为23dBm，手持终端天线的增益为2.5dBi，使用高度大约1.5m，CPE天线的增益为3dBi，使用时天线高度约为2m。
1.4链路预算
链路预算针对区域覆盖及数据流量参数要求，以规划站址高度、覆盖区域终端参数为基础，以满足区域业务功能为目标进行仿真预算，本次规划设计针对不同业务进行链路预算。在进行链路预算时，一般情况是上行链路受限，本次规划链路预算以上行覆盖规划设计，表1-1/1-2为老供电局数据业务与视频业务链路预算，1-3/1-4为新供电局数据与视频业务链路预算，具体如下。
表格 1 1数据业务链路预算表
由表1-1可知使用光纤拉远基站，数据业务在室外最大允许路径损耗为146.09dB，覆盖半径为2.91km。若在室内出现弱覆盖现象，建议安装信号放大器。
表格 1 2视频业务链路预算表
由表1-2可知使用光纤拉远基站，视频业务室外最大允许路径损耗为137.63dB。视频业务室外最大覆盖半径为1.65km。若在室内出现弱覆盖区域，建议安装信号放大器。
表格 1 3数据业务链路预算表
由表1-3可知使用光纤拉远基站，数据业务在室外最大允许路径损耗为146.09dB，覆盖半径为2.53km。若在室内出现弱覆盖现象，建议安装信号放大器。
表格 1 4视频业务链路预算表
由表1-4可知使用光纤拉远基站，视频业务室外最大允许路径损耗为137.68dB。视频业务室外最大覆盖半径为1.46km。若在室内出现弱覆盖区域，建议安装信号放大器。
2优化设计在专网使用中的应用
2.1优化目的及流程
网络建成后，根据整个系统的实际表现及实际性能，通过分析得出现网存在的问题，针对相应问题制定优化方案来完成无线网络性能的改善，以达到整个系统最优质量。本文优化目标是为已建设的两套基站覆盖区域的指标优化，因专网主要为数据传输终端（CPE），且安装基本在箱体及部分楼道内，信号覆盖要求考虑到部分箱体的衰减，并且楼道内由墙体遮挡，在网络优化时需要针对重点覆盖区域重复进行测试。
优化的大体流程包含优化准备、网络评估测试、问题分析预定位、优化方案制定、优化方案实施、验证性测试及优化性总结7个部分[2]。优化前准备的工作是准备优化相应工具，包括分析软件、路测设备、车辆、制定优化路线、RF参数是否与前期规划一致、优化周期确定、人员责任分工等；网络评估测试主要包括参数检查、告警排查、KPI数据核查、路测、单站验证等工作；问题分析与定位则是根据网络评估测试的数据进行，发现网络存在的问题，找出解决问题的方法思路；优化方案制定则是根据问题分析定位的结论确定，包括簇优化、区域优化、边界优化、全网优化的具体方案；优化方案实施则根据具体优化方案执行；验证性测试则在优化方案实施完成后，重复执行网络评估测试来验证问题解决情况，如问题解决，则结束本次优化，未解决继续重复以上7部。无线网络优化完成后优化总结，得出相应网络性能指标报告。
2.2网络分析
当无线基站建设完成后，网络分析可有效了解网络性能指标，网络分析包括覆盖现状分析、网络KPI分析等部分组成，本章节介绍M市的网络分析，为专网建设提供参考。
2.2.1覆盖现状
利用网络优化测试软件进行覆盖摸底测试，得出覆盖效果现状。无线网络覆盖现状的包括RSRP、RSRQ、SINR等参数，本文主要通过覆盖区域的RSRP及SINR实际测试情况，利用仿真软件绘制出覆盖效果图，建设完成的无线网络覆盖效果如图2-1/2-2所示。
图表 2 1 RSRP现状及图例
图表 2 2 SINR现状及图例
2.2.2网络KPI
网络KPI数据的分析可以发现网络中的问题，本文通过KPI中的RRC连接建立成功率、UE上下文建立成功率、小区上下行平均业务速率的指标来分析网络性能情况，本次采集数据为系统一个月的数据，利用采集的数据进行分析。
由表2-1分析可知，新供电局2、3小区平均RRC连接建立成功率较低，RRC建立成功率低的时候一般存在弱覆盖及干扰问题，此时需要在无线信号覆盖区域进行小区数据采集分析，找出出现RRC建立连接成功率的问题，通关调整参数解决相应问题，提高专网覆盖性能。小区平均速率分析可知下行数据量较小少，平均几百kbps，而上行数据量较高，符合前期规划的参数。
表格 2 1网络KPI统计表
2.3网络优化
2.3.1工程物理参数优化调整
工程物理参数优化调整是根据采集到的数据进行分析，分析实际覆盖中是否存在越区覆盖、导频污染、乒乓切换、覆盖盲区等问题，根据采集到的数据寻找存在问题区域，针对问题区域进行工程参数调整。工程参数调整主要包括天线方向角、下倾角、天线类型等。基站方向角及下倾角根据覆盖需要调整，而天线类型更换则需要根据覆盖区域的天线波瓣是否符合要求，如不符合更换符合要求天线即可。
2.3.2系统参数优化调整
系统参数优化调整则根据KPI指数及工程优化需要，调整后台参数即可，参数包括时隙配比、频点、TA、子帧、等优化。另外由于本项目使用同频组网，还要考虑内部的干扰优化，干扰优化主要包括临区同频干扰优化、小区边缘切换带干扰优化等。经过相应参数调整将网络性能提高，满足专网覆盖质量及使用需求。
3应用成效
3.1规划仿真
根据电力配用电及视频监控对McLTE无线专网的数据及覆盖要求，规划参数的基站工程参数如表3-1，基站采用三定向宏基站覆盖，规划站点示意图如图3-1所示，基站覆盖区域包括显老供电局及周边街道。因规划中视频业务边缘距离要小于数据业务，而本规划中实际应用以数据要求为主，规划覆盖图以数据覆盖优先，部分区域因未进行实际测试，需要在实际测试后进行优化工作。
表格 3 1站点工参
图表 3 1 站点示意图
3.2优化效果
优化后的覆盖效果图如3-2/3-3所示，较第二章优化前比较来看，覆盖区域盲区变少，弱覆盖区域变小，将无线专网性能提高，基本可满足规划区域的相应业务需求。
图表 3 2 优化后RSRP现状及图例
图表 3 3 优化后SINR现状及图例
对于新供电局2、3小区出现的RRC建立成功率过低问题，经优化测试发现由于存在邻区同频干扰，经调整系统邻小区参数及工参调整，RRC建立成功率有所改善，优化后KPI如表3-2所示。
4结语
通过M市无线专网的规划及优化应用介绍，给电力无线专网的规划优化提供参考文案。在文章中介绍了规划使用的模型COST 231-Hata，并依据该模型进行链路预算、网络规划仿真。在优化设计中介绍了优化的流程，并针对M市优化工作中的实际问题给出解决方案。本文中提出的针对电力无线专网的规划及优化应用对于电力建设无线专网建设时的资金预算、资源合理利用、无线设备的优化调整具有重要意义，为推进电力无线专网建设提供技术参考及指导。
表格 3 2网络KPI统计表
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论文作者:姚莉,白彪,杨鸥,车勇波,孙章才
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：基站论文; 网络论文; 模型论文; 区域论文; 专网论文; 参数论文; 无线网络论文; 《电力设备》2017年第33期论文;