0 弁言
随着国家智能电网的发展，电力业务对通信信道提出了全新、更高的哀求。目前智能电网中远程通信紧张采取光纤和无线办法。光纤由于受本钱、地域等成分的限定，难以实现对配用电通信接入网的全覆盖。无线办法作为光纤通信的有力补充手段，正承载着越来越多的电力通信业务。目前无线办法紧张有无线公网和无线专网两种办法。无线公网前期投资少、培植周期短、业务支配和开展快，但随着配用电系统规模的扩大，逐渐暴露出采集成功率低、存在信息安全隐患、不同电力用户优先级无保障等问题。现有的电力无线专网如230数传电台、1 800 MHz无线宽带通信系统存在速率低、覆盖能力较弱、建网和运营本钱较高、与电力业务结合能力一样平常等诸多问题，限定了它们在智能电网中进一步的发展和推广。新型LTE230无线通信系统充分利用低频段覆盖间隔远以及4G LTE前辈技能的上风，具有大容量、广覆盖、高效率、高安全性等特点，在电力无线专网领域受到越来越多的关注[1]。
1 系统剖析
LTE230电力无线通信系统可直接支配在230 MHz电力专用40个授权频点上，符合国家对低频段的技能升级改造政策，当前LTE230电力无线通信专网已经在北京东城区[1]、江苏扬州[2]、浙江海盐[3]等多处开展了试点事情，为电力通信专网培植供应了良好的借鉴意义和示范浸染。这些试验网的构造和图1都基本类似。在图1中，业务平台、监控中央及eOMC网管系统为LTE230系统的主站平台；EPC为核心网, eNodeB230为基站;基站和终端通过无线的办法进行数据传输，终端类型紧张有四种：配电终端、负控终端、用电信息采集终端（集中器、采集器、智能电表）和视频监控终端。前三种终端承载对通信速率哀求较低的小带宽业务，末了一种承载对通信速率哀求较高的大带宽业务。这种小带宽与大带宽业务并存，小带宽业务为主[1]是智能电网配用电业务的一个主要特点。
当前这些LTE230试验网终端办理方案基本都是采取业界通用的CPU和DSP，外加FPGA和DDR存储器的板级方案实现的，且针对小带宽业务和大带宽业务采取不同的软硬件平台，这种终端实现办法存在本钱高、功耗大、软硬件掩护事情量大等问题，极大地限定了LTE230电力无线通信专网的进一步的推广和运用。因此，开拓具有高性能、低本钱、低功耗的LTE230无线通信基带芯片（简称LTE230芯片），并在此根本上开展芯片终端产品的运用研究，对付推进电力无线通信专网的家当化具有主要意义。
2 芯片设计
针对智能电网配用电业务大、小带宽的特点，在芯片设计须同时考虑高性能和低本钱两种终真个须要。
2.1 芯片构造
芯片整体构造如图2所示，采取三级AMBA总线架构:一级为64位的高带宽AXI总线、二级为32位高性能AHB总线、三级为32位低速APB外设总线。
AXI总线是一个矩阵式构造，采取全联通模式。AXI总线上紧张的模块有：DSP核、系统DMA、中频IF Enginee、Turbo Decoder硬件加速器、2组嵌入式大容量存储器eDRAM。
AHB总线的设备紧张包括中断掌握器DSP INTC、BootROM、SPI Flash掌握器SPI_FLSCTRL，以及中频、Turbo Decoder和DMA的寄存器配置接口。
APB总线上的设备紧张包括SPI_HOSTIF、射频配置接口SPI_RFCFG、以太网接口SPI_MAC、定时器Timer、串口UART、I2C掌握器、看门狗WDT、GPIO模块、系统掌握单元 SCU、PWM模块。APB总上的各种SPI掌握器及串口都支持DMA模式。
2.2 关键技能
芯片内部集成了高性能的DSP处理器，DSP采取哈佛构造，可同时支持4 MAC操作；DSP核内嵌高速TCM和Cache，可有效平滑高速DSP内核和相对低速的eDRAM存储器之间读写操作的访问延迟，使系统整体性能较优。DSP内嵌功耗管理模块PSU(Power Scaling Unit)，支持多种功耗管理模式，通过软件指令、外部中断及SCU的掌握，可根据运用处景需求快速的在不同的功耗管理之间进行切换，从而知足系统待机、DRX周期、低速及全速运行等场景下的功耗和性能哀求。
芯片内置高密度大容量的嵌入式存储器eDRAM，eDRAM接口时序大略，读写延迟小,无需繁芜的掌握器,面积只有普通SRAM的1/3；其余比较于外置DDR的存储办法，没有IO的功消耗失落，BOM本钱也较低，故在性能、功耗和本钱上都有很好的兼顾。在芯片设计时，考虑系统内存带宽的需求，采取两组片内eDRAM的办法，芯片内的主设备如DSP，若其指令和数据分别存放在不同的eDRAM内，则可并行读取指令和数据，大大缩短了内存访问延迟，提高了系统的性能。此外eDRAM供应了正常读写、Standby、Self Refresh和power down多种功耗模式，可根据系统场景来切换。
230 MHz频段系统资源呈无规则、梳状构造，频点分布离散。芯片独占的中频模块吸收来自前端射频芯片出来的数据，由于频谱的不连续性，中频模块将会进行两级混频、下采样及滤波操作，从射频吸收的数据中抽取出对应频点的数据，经中频内置的DMA模块经总线送到eDRAM中，同时发送中断关照DSP来做进一步处理。上行链路和下行链路相似，但是一个相反的过程。同时中频模块采取乘法器时分复用的高阶数字滤波器，可对带外的滋扰旗子暗记进行很好的抑制，以很小电路面积来担保系统的性能。由于芯片支持的TDD模式，收发不会同时进行，故中频模块可在自身收发时序掌握下采取数据流驱动的时钟门控技能，动态地开关高下行数据链路的时钟，以达到减少功耗的目的。
LTE230采取和4G LTE相同的物理层信道编解码办法，其物理层下行共享信道PDSCH采取的是Turbo码，Turbo译码算法运算量很大；同时由于LTE230须支持40个离散频点，依赖DSP软译码的办法对MIPS哀求太高，故芯片中内置了硬件加速器Turbo Decoder。Turbo Decoder支持链表的数据构造，可在一次配置后进行多个频点、多个码块的译码操作，其间无须DSP干预。
3 芯片运用
针对电力大、小带宽业务的特点，运用LTE230芯片，可开拓两类终端产品：LTE通信模块(LTE Communication Module，简称LCM）和用户终端设备（Customer Premises Equipment，简称CPE）[1]。LCM终端强调的是低功耗、低本钱、小体积，CPE终端侧重的是高性能。
LCM硬件平台如图3所示，供应UART业务物理接口，支持的频点常日为1~8个，有效数据速率一样平常为几十千比特每秒到一百多千比特每秒，可知足窄带数传、远程掌握通信等低速率的无线通信需求。
CPE硬件平台如图4所示，配备UART、10/100 M自适应以太网等业务物理接口，最大支持40个频点，上、下等峰值速率分别为1.76 Mb/s和0.71 Mb/s，紧张用于承载视频监控等高速数据传输。
实际运用中，90%以上的终端数量是LCM，本钱和功耗是一个主要的考虑成分，在硬件实现时只管即便大略，采取LTE230芯片+射频RF芯片的方案。LTE230芯片的一个串口用于调试，另一个串口用来和电力终端进行数据交流。操作系统和基带处理软件在系统启动时通过BootCode从片外SPI Flash存储器加载到芯片内部的TCM和eDRAM存储器中。LTE230 的DSP运行实时操作系统Nucleus，且其基带处理除物理层(PHY)时域部分 (含载波聚合)是用中频模块硬件电路实现的，别的的物理层的频域处理和比特级/符号级处理、协议层的媒体访问掌握(MAC)和无线资源掌握(RRC)[4]、网络层的TCP/IP协议、射频前端收发配置以及芯片内外大量设备的管理都是用DSP软件来实现。
在高性能的CPE平台中，支持的数据速率高，单DSP方案无法提高足够的处理能力，故在LCM平台的根本上，外加一个高性能低功耗的基于ARM Cortex M3的 MCU(考虑到市场上MCU的成熟度及内嵌Flash工艺的分外性，芯片未集成MCU)。LTE230芯片专注于基带物理层的处理，协议层和网络层的处理由MCU来完成。MCU和DSP运行相同实时操作系统，通过SPI掌握器交流物理层传输信道(Transport Channels)[4]的数据。MCU内嵌大容量Flash存储器，可用来存储MCU及DSP的全体软件系统，无需外接SPI Flash存储器。在系统初始化时，MCU可在DSP的BootCode合营下，通过SPI接口将DSP所需软件下载到LTE230芯片的TCM和eDRAM存储器中。
4 结论
基于LTE230无线通信基带芯片的LCM和CPE的软硬件平台已进行了初步的原型验证，结果表明，在本钱、功耗、软硬系统掩护及升级便利性等方面，比较于现有的基于“ADI DSP+FPGA+DDR”的LCM终端平台和基于“TI OMAP处理器+FPGA+DDR”的CPE终端平台，有着明显的上风，这对加速智能电网中LTE230电力无线通信系统的培植有着重要的参考意义。
参考文献
[1] 李金友，闫磊，齐欢，等.基于LTE230系统的电力无线通信专网研究与实践[J].电气技能，2014(1)：132-134.
[2] 蔡斌，李雪平，祝峰.LTE230无线宽带通信网络在扬州配网自动化中的研究与运用[J].中国无线电，2013(11)：38-41.
[3] 吴文绍.TD-LTE230无线宽带系统在县电力公司中的运用[J].电力信息化，2012，10（11）：58-62.
[4] 3GPP TS36.201 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；LTE Physical Layer-General Description[S].2009.
