1.8G,LTE無線專網(wǎng)的智能干擾分析系統(tǒng)研究

國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)在多個(gè)網(wǎng)省公司建設(shè)了基于LTE 技術(shù)的電力無線專網(wǎng)，有效支撐了電力業(yè)務(wù)的通信承載需求，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)終端側(cè)業(yè)務(wù)的靈活泛在接入，提升了電網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能化水平。無線專網(wǎng)在電力行業(yè)取得應(yīng)用成果的同時(shí)，存在的一些問題也逐步暴露，其中干擾問題對(duì)電力無線專網(wǎng)的性能影響尤為突出，比如各類非法電臺(tái)的干擾等，干擾嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)影響到專網(wǎng)所承載的電力業(yè)務(wù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，特別是對(duì)于1.8GHz頻段的電力無線專網(wǎng)來說，由于1.8GHz頻段屬于多行業(yè)共用的頻段，非電力專用頻段，所以干擾問題更加突出。因此，迫切需要對(duì)面向電力1.8GLTE無線專網(wǎng)進(jìn)行電磁干擾方面的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的分析、識(shí)別和定位，保證電力無線專網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1、設(shè)備管理功能：系統(tǒng)主要通過設(shè)備監(jiān)控接口來實(shí)時(shí)監(jiān)控各干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。監(jiān)測(cè)狀態(tài)在形式上以兩種方式提供：第一，以列表方式給出所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的概略工作狀態(tài)（主要是設(shè)備名/標(biāo)識(shí)、位置、是否在工作、工作模式、工作狀態(tài)）;第二，以詳細(xì)信息方式給出特定單個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的詳細(xì)工作狀態(tài)、工作模式、工作參數(shù)。系統(tǒng)可以對(duì)電力無線專網(wǎng)干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，能夠監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，是否脫網(wǎng)等。另外能夠控制監(jiān)測(cè)設(shè)備隨時(shí)接入或脫離干擾分析系統(tǒng)。

①組網(wǎng)配置。系統(tǒng)通過接口整合電力1.8G LTE無線專網(wǎng)干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警。具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障的自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警能力。

②節(jié)點(diǎn)配置。實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾監(jiān)測(cè)設(shè)備的控制。通過系統(tǒng)連接監(jiān)測(cè)設(shè)備，可配置監(jiān)測(cè)設(shè)備的參數(shù)、對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備下達(dá)相應(yīng)的工作指令等。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)管理、資源管理和監(jiān)測(cè)定位數(shù)據(jù)管理等功能。

監(jiān)測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)維護(hù)：監(jiān)測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)有自檢、及一定的自我恢復(fù)能力;分組與合并：能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)分組執(zhí)行任務(wù)或合并執(zhí)行任務(wù)，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)的要求將工作組的控制權(quán)交回。

③用戶權(quán)限管理功能。系統(tǒng)提供不同的用戶權(quán)限，保證系統(tǒng)的安全，對(duì)用戶應(yīng)提供不同的操作權(quán)限，包括管理員、訪問權(quán)限等。由超級(jí)管理員審批用戶注冊(cè)的信息和權(quán)限，審批通過后將用戶信息及操作權(quán)限添加到用戶數(shù)據(jù)庫(kù);將輸入的用戶名和密碼到用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢，如用戶信息不在用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中，則提示用戶為不合法用戶;用戶操作相應(yīng)功能時(shí)與用戶數(shù)據(jù)庫(kù)返回的操作權(quán)限進(jìn)行對(duì)比，如操作已授權(quán)，則開始操作相應(yīng)功能，否則提示未授權(quán)信息。用戶權(quán)限配置分類如表1所示，其中A級(jí)為最高權(quán)限，依次遞減。

2、頻率監(jiān)測(cè)功能

①固定頻率監(jiān)測(cè)功能。對(duì)某個(gè)或多個(gè)已知固定頻率信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，對(duì)信號(hào)的頻率、電平、場(chǎng)強(qiáng)等按照ITU規(guī)范進(jìn)行測(cè)量，以圖形方式顯示測(cè)量結(jié)果。

1）固定頻率監(jiān)測(cè)主要請(qǐng)求參數(shù)：掃描模式：選擇固定頻率測(cè)量;起始時(shí)間：指定開始監(jiān)測(cè)的時(shí)間;結(jié)束時(shí)間：指定結(jié)束監(jiān)測(cè)的時(shí)間;中心頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻率，例：frequency=230MHz;帶寬：指定被監(jiān)測(cè)頻率的中頻帶寬（也稱濾波帶寬），例：帶寬=120kHz。

2）頻率監(jiān)測(cè)。固定頻率監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)測(cè)量，主要根據(jù)設(shè)備能力測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度以及部分ITU電聯(lián)規(guī)定的信號(hào)相關(guān)指標(biāo)，同時(shí)可以顯示測(cè)量頻率隨時(shí)間變化的占用度和電平值統(tǒng)計(jì)情況。系統(tǒng)支持一個(gè)或多個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置好要測(cè)試的中心頻率和帶寬，可以顯示測(cè)試信號(hào)的頻率、電平值等，同時(shí)也可以顯示信號(hào)的波形圖。

3）信號(hào)統(tǒng)計(jì)。實(shí)時(shí)值指的是信號(hào)瞬間時(shí)刻的值，這個(gè)值根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)不斷變化。最大值只是信號(hào)中電平的最大值，一般信號(hào)都有一個(gè)電平最大值和最小值。平均值是根據(jù)積分計(jì)算出來的，電平在一段時(shí)間中的平均值。計(jì)算平均值的基本原理是在信號(hào)波形圖上先計(jì)算出面積，然后除以時(shí)間。系統(tǒng)可以對(duì)固定頻率進(jìn)行信號(hào)統(tǒng)計(jì)，通過鼠標(biāo)移動(dòng)到想要了解的頻率，會(huì)顯示實(shí)時(shí)值、最大值、平均值、最小值等，另外也可以通過固定頻率測(cè)量，直接分析某一固定頻率的所有信息。

4）實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在測(cè)量過程中能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，能夠?qū)Υ鎯?chǔ)的文件大小進(jìn)行切割，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠回放。

②頻段掃描監(jiān)測(cè)功能。

1）頻段掃描主要請(qǐng)求參數(shù)：

掃描模式：指定頻段掃描模式;起始時(shí)間：指定開始監(jiān)測(cè)的時(shí)間;結(jié)束時(shí)間：指定結(jié)束監(jiān)測(cè)的時(shí)間;監(jiān)測(cè)頻段起始頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻段的起始頻率，例：startfreq=230.0MHz;監(jiān)測(cè)頻段終止頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻段的終止頻率，例：stopfreq=235.0MHz;步進(jìn)頻率：指定被監(jiān)測(cè)頻段的各個(gè)頻率步長(zhǎng)，例：step=100000Hz;掃描帶寬：指定掃描分辨率帶寬，例：bw=100kHz。

2）頻段掃描。測(cè)量一段或多段連續(xù)的帶寬一致的頻率，可查看各頻率信號(hào)的強(qiáng)弱、占用度等信息。同時(shí)可以與臺(tái)站或樣本庫(kù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)。系統(tǒng)提供多種數(shù)據(jù)分析功能，包括實(shí)時(shí)信號(hào)、頻率掃描數(shù)據(jù)（最大、最小、均值）、頻率掃描瀑布圖分析等。

3）參數(shù)顯示。在頻段掃描時(shí)，可通過移動(dòng)鼠標(biāo)實(shí)時(shí)拾取測(cè)試電平、頻率、測(cè)試時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。

4）信號(hào)監(jiān)聽。在頻段掃描時(shí)，可用鼠標(biāo)拾取方式選擇單個(gè)信道進(jìn)行“監(jiān)聽”，查看當(dāng)前信號(hào)的變化情況，也可通過添加頻標(biāo)的方式，添加需要監(jiān)聽的頻率，顯示監(jiān)聽頻率的實(shí)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度。

5）信號(hào)分析。在頻段掃描時(shí)，用戶根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)頻段狀況設(shè)定某一門限值，當(dāng)信號(hào)電平超過此門限值并持續(xù)一定的時(shí)間，可判別此信號(hào)有異常，用戶可直接切換到對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的中頻進(jìn)行測(cè)量。

6）實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)功能和固定頻率監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)功能一樣，通過勾選存儲(chǔ)按鈕，就可對(duì)當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

3、數(shù)據(jù)分析功能

①占用度統(tǒng)計(jì)。設(shè)定頻率占用門限值，統(tǒng)計(jì)分析一段時(shí)間頻率的占用情況，以統(tǒng)計(jì)超過門限的時(shí)間占總時(shí)間的百分比表示。

②信號(hào)統(tǒng)計(jì)。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算并加以統(tǒng)計(jì)分析，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁環(huán)境及其態(tài)勢(shì)的分析，可以了解電力無線專網(wǎng)頻譜資源和電磁環(huán)境的真實(shí)狀況，為查找干擾提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)提供包括：頻域統(tǒng)計(jì)、時(shí)域統(tǒng)計(jì)、信道占用度統(tǒng)計(jì)等統(tǒng)計(jì)功能。

③數(shù)據(jù)回放。系統(tǒng)支持對(duì)已存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，用戶可以查看一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備的掃頻數(shù)據(jù)、瀑布圖等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)再現(xiàn)和再分析。

4、干擾分析

①干擾識(shí)別。系統(tǒng)能夠通過電平門限，首先判別某一頻點(diǎn)是否有信號(hào)，當(dāng)電平超過門限且時(shí)間占用度高于門限時(shí)判別此頻率有信號(hào)。其次，根據(jù)臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)有相應(yīng)的頻率臺(tái)站，且位置相符可判別此信號(hào)為正常合法信號(hào);當(dāng)信號(hào)電平比較強(qiáng)同時(shí)占用度也比較高，臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有查詢到相應(yīng)的臺(tái)站，判別此信號(hào)為干擾信號(hào)，需要對(duì)此信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步觀察和分析，以此最終確定是否為干擾信號(hào)，針對(duì)干擾信號(hào)，可以進(jìn)行定位分析。

②干擾定位。計(jì)算定位區(qū)域的發(fā)射源位置，通過分析信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度比較強(qiáng)，同時(shí)占用度也是最高區(qū)域，此位置區(qū)域?yàn)樾盘?hào)源位置概率比較大的位置，統(tǒng)計(jì)符合概率統(tǒng)計(jì)的最大概率的位置為信號(hào)源發(fā)射位置。

在實(shí)際應(yīng)用中面向電力1.8G LTE無線專網(wǎng)的智能電磁干擾分析系統(tǒng)有助于電力無線專網(wǎng)運(yùn)維管理人員及時(shí)準(zhǔn)確掌握無線專網(wǎng)覆蓋區(qū)域的電磁干擾情況，快速獲取干擾的位置和類型等信息，及時(shí)處理干擾信號(hào);有利于提高1.8G LTE電力無線專網(wǎng)的科學(xué)化智能化管理水平，對(duì)保障電力無線專網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。