魏 龍

(陜西建工安裝集團有限公司, 陜西 西安 710014)

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TD-LTE技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

魏 龍

(陜西建工安裝集團有限公司, 陜西 西安 710014)

介紹了TD-LTE無線寬帶技術(shù)的優(yōu)勢,從車輛監(jiān)控、道路管理、環(huán)境監(jiān)控等方面分析了TD-LTE無線寬帶技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用,闡述了TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)方案。提出TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)能承載以上行數(shù)據(jù)為主的業(yè)務(wù),滿足了智慧城市中數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)的要求及數(shù)據(jù)接入安全的要求。

TD-LTE技術(shù); 智慧城市; 車輛管理; 道路監(jiān)控; 環(huán)境監(jiān)控

魏 龍(1988—),男,工程師,從事建筑智能化方面的工作。

0 引 言

隨著智慧城市建設(shè)不斷加快,新型化的城市安全管理、城市應(yīng)急指揮、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)對于數(shù)據(jù)的接入提出了很高的要求,必須保證數(shù)據(jù)安全、可靠、實時地傳送至管理平臺。無線寬帶專網(wǎng)具有部署快速靈活、傳輸高速實時、接入安全可靠等特點,可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化配置,加速推動智慧城市的發(fā)展進程。無線寬帶專網(wǎng)采用TD-LTE無線通信技術(shù),能夠提供高帶寬、高速率、可移動、穩(wěn)定服務(wù)的無線業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)[1]。

1 TD-LTE無線寬帶技術(shù)

目前,無線通信制式已經(jīng)從窄帶無線制式發(fā)展到寬帶無線制式,即LTE階段。其中TD-LTE已經(jīng)作為我國新一代寬帶無線通信網(wǎng),被列入國家重大科技專項。同時,TD-LTE的國際標(biāo)準(zhǔn)化以及產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展已經(jīng)取得了突破性的進展,TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)已被國際產(chǎn)業(yè)廣泛接受,為我國下一代移動通信產(chǎn)業(yè)進入國際主流帶來了新的機遇,已成為移動通信產(chǎn)業(yè)面向移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然。

截止2013年2月,全球已有29個運營商建設(shè)了64張由我國主導(dǎo)制定的基于TD-LTE的第4代移動通信(4G)標(biāo)準(zhǔn)試驗網(wǎng)。在公網(wǎng)方面,中國移動已經(jīng)在多個大城市開展TD-LTE規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗;在專網(wǎng)方面,北京市政府、天津市政府、上海市政府、南京市政府在1.4 GHz頻段開展了TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)。目前,TD-LTE技術(shù)作為新一代的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)制式,已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

TD-LTE具有如下幾個方面的優(yōu)勢。

(1) 政策優(yōu)勢。TD-LTE是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的4G國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了我國政府的全力支持，成為我國在通信信息領(lǐng)域引領(lǐng)全球、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的機遇。

(2) 技術(shù)優(yōu)勢。TD-LTE采用空口接入以及MIMO技術(shù)，擁有更高的上下行峰值速率，網(wǎng)絡(luò)安全性更高。

(3) 頻譜優(yōu)勢。頻譜資源豐富，頻譜效率更高。目前主流用于專網(wǎng)的LTE頻段為1.4 GHz。

(4) 時隙配比優(yōu)勢。TD-LTE可靈活配置上下行時隙，更適合承載物聯(lián)網(wǎng)類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，適用于視訊類、移動互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)。

(5) 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。TD-LTE已在全球形成了完善的產(chǎn)業(yè)鏈，在系統(tǒng)、終端、芯片和測試設(shè)備方面均有眾多主流廠家投入研發(fā)。

2 TD-LTE技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

TD-LTE具有無線寬帶專網(wǎng)的高帶寬、高安全性,可以應(yīng)用在車輛管理、道路監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。

2.1 車輛監(jiān)控

基于TD-LTE網(wǎng)絡(luò),采用RFID+高清視頻監(jiān)控+GPS,能夠精確識別身份和行駛關(guān)鍵路徑,呈現(xiàn)實時位置、視頻等，監(jiān)控建設(shè)工地和車輛的管理,實時定位跟蹤、信息播報、應(yīng)急報警、超速、疲勞駕駛告警、路徑區(qū)域限制、斷油斷電等。TD-LTE技術(shù)應(yīng)用于車輛監(jiān)控的模型如圖1所示。

圖1 TD-LTE技術(shù)應(yīng)用于車輛監(jiān)控的模型

2.2 道路管理

TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)包含物聯(lián)網(wǎng)、無線寬帶、云計算等技術(shù),為城市交通管理提供端到端解決方案。政府部門依托智能交通平臺促進各部門資源的共享及信息交換，在交通綜合監(jiān)測、交通運輸管理、交通調(diào)控指揮、稅費征收管理、公眾出行服務(wù)等方面提高城市智能化交通管理水平。

TD-LTE技術(shù)應(yīng)用于道路管理的模型如圖2所示。

2.3 環(huán)保監(jiān)控

通過TD-LTE技術(shù),系統(tǒng)可將以下數(shù)據(jù)進行收集,并發(fā)送至數(shù)據(jù)中心處理。

(1) 污染監(jiān)控，包括基礎(chǔ)信息管理、監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢、綜合分析、監(jiān)控點控制、異常監(jiān)控報警、數(shù)據(jù)采集等。

(2) 環(huán)保視頻監(jiān)控，包括網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控、報警聯(lián)動、視頻分發(fā)、移動視頻、視頻數(shù)據(jù)疊加、數(shù)字化存儲。

(3) 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控，包括空氣質(zhì)量監(jiān)測、環(huán)境噪聲監(jiān)測、污染超標(biāo)告警、水質(zhì)監(jiān)測、統(tǒng)計分析。

(4) 水文監(jiān)測，包括實時監(jiān)測江、河、湖泊、水庫、渠道等監(jiān)測點的水位、流量、流速、降雨(雪)量等。

圖2 TD-LTE技術(shù)應(yīng)用于道路管理的模型

3 TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)方案

智慧城市采用TD-LTE無線寬帶專網(wǎng),包含1套核心網(wǎng)EPC系統(tǒng)和5套基站eNB,基站將通過有線專網(wǎng)的光纖鏈路就近接入專網(wǎng)匯聚節(jié)點,與核心機房EPC進行互聯(lián)互通[2]。TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

(1) 核心層包含 1套EPC核心網(wǎng)系統(tǒng),網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)置在通信機房,主要實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的傳輸、系統(tǒng)接入控制、移動性管理等功能，對接業(yè)務(wù)平臺。

(2) 承載層(有線傳輸),主要利用現(xiàn)有的MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)(或IP網(wǎng)絡(luò))實現(xiàn),完成基站和核心網(wǎng)之間的連接。

(3) 無線接入層(基站系統(tǒng)),建設(shè)5套1.4 GHz的TD-LTE無線基站站點,每個站點采用三扇區(qū)覆蓋,每個扇區(qū)采用8通道天線。

3.1 頻率選擇

目前可供TD-LTE網(wǎng)絡(luò)選擇的頻段有1 447～1 467 MHz、1 785～1 805 MHz和中國移動的公網(wǎng)頻段2 350～2 370 MHz、2 575～2 595 MHz。各頻段優(yōu)劣性如下:

(1) 1 447～1 467 MHz頻段是北京、天津、上海、鄭州、南京寬帶無線專網(wǎng)使用的頻段。該頻段頻點低,覆蓋距離遠,非常適合TD-LTE室外覆蓋,且頻段作為政府專用頻段,網(wǎng)絡(luò)容量大,干擾小。

(2) 1 785～1 805 MHz頻段與GSM1800相鄰,使用該頻段進行TD-LTE組網(wǎng)時,1 785～1 790 MHz、1 800～1 805 MHz作為保護帶,1 790～1 800 MHz(10 MHz)作為TD-LTE組網(wǎng)使用。該頻段屬于公共頻段,使用時只需進行報備,但該頻段可能會被其他部門使用,且干擾較大。

(3) 公網(wǎng)頻率可直接采用中國移動TD-LTE基站進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋,但由于與公網(wǎng)共用,網(wǎng)絡(luò)容量不能保證,且安全性也不如專用網(wǎng)絡(luò)。此外,各項業(yè)務(wù)的開展需與中國移動進行協(xié)商,自主性較差。

從網(wǎng)絡(luò)性能、抗干擾以及后續(xù)業(yè)務(wù)發(fā)展角度考慮,選擇1.4 GHz頻段進行無線專網(wǎng)業(yè)務(wù)開展,具備可行性。深圳TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)建議采用1 447～1 467 MHz(20 MHz)專用頻段組建網(wǎng)絡(luò)。

3.2 建設(shè)原則

智慧城市TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)可借鑒北京、天津、上海等地?zé)o線寬帶專網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗,采用“平戰(zhàn)結(jié)合、彈性承載”的方式承載業(yè)務(wù),即平時作為政府物聯(lián)網(wǎng)、便民WiFi回傳網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急演練等使用,戰(zhàn)時作為政府應(yīng)急和政府指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)使用[3]。

考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、無線網(wǎng)絡(luò)施工的特殊性,以及光纖租用、站址、機房的選擇等因素,可采用租賃聯(lián)通、移動等運營商的機房、光纖等基礎(chǔ)設(shè)施進行建設(shè)。租賃的原則主要考慮光纖的到位情況,若政府有光纖資源,則根據(jù)基站選址,可以考慮直接借用現(xiàn)有光纖可到達的政府機房;若需要租用運營商的光纖資源,則根據(jù)基站選址情況,需同時租用其機房,以便部署基站設(shè)備。運營商除三大運營商外,還可考慮廣電、電力等有光纖資源和機房的運營商。

3.3 應(yīng)用優(yōu)勢

(1) 滿足智慧城市快速部署數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)的要求。智慧城市網(wǎng)絡(luò)層的部署有傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)接入方式及寬帶無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。無線網(wǎng)絡(luò)相對于有線網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)綜合成本低、施工方便、可擴展性強、數(shù)據(jù)容量大、部署靈活等特點,應(yīng)用在城市應(yīng)急、維穩(wěn)安防、移動指揮等領(lǐng)域。

(2) 滿足智慧城市數(shù)據(jù)接入安全要求。目前很多特殊業(yè)務(wù)都承載在運營商公網(wǎng)上,但是公網(wǎng)具有大容量數(shù)據(jù)傳輸受限、緊急狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)無法使用以及安全性難以得到保障等缺點,無法滿足業(yè)務(wù)的安全有效承載。無線專網(wǎng)主要為政府服務(wù),可保證城市的安全、高效運行,并能承載大量的視頻監(jiān)控、檢測類等以上行數(shù)據(jù)為主的業(yè)務(wù),特別是專網(wǎng)需在關(guān)鍵時期支撐突發(fā)事件中的應(yīng)急通信,對于網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性的保障遠高于公網(wǎng)。

TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)為政府的應(yīng)急維穩(wěn)和城市管理提供服務(wù)。因此,從安全方面考慮,建議該網(wǎng)絡(luò)專網(wǎng)專用,與公網(wǎng)完全獨立,且設(shè)計時按照最大話務(wù)量進行設(shè)計,以滿足應(yīng)急維穩(wěn)的需要。

4 結(jié) 語

介紹了TD-LTE無線寬帶技術(shù)的優(yōu)勢,分析了其在車輛管理、道路監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域方面的應(yīng)用。TD-LTE無線寬帶專網(wǎng)可充分發(fā)揮現(xiàn)代通信技術(shù)優(yōu)勢,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化配置,為智慧城市的發(fā)展提供技術(shù)層面的支持。

[1] 王佳,于軍琪.淺談無線通信技術(shù)在智能建筑能耗數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].智能建筑,2008(7):38-41.

[2] 李建明.智慧城市發(fā)展綜述[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報,2014,9(3):221-225.

[3] 王靜遠,李超,熊璋,等.以數(shù)據(jù)為中心的智慧城市研究綜述[J].計算機研究與發(fā)展,2014,51(2):239-259.

Application of TD-LTE Technology in Smart City

WEI Long

(Shaanxi SCEGC Installation Group Co., Ltd., Xi’an 710014, China)

This paper introduced the advantages of TD-LTE wireless broadband technology,and analyzed the applications of TD-LTE wireless broadband technology in smart city,in aspects of vehicle monitoring,road management,environment monitoring,etc.The constructing plan of TD-LTE wireless broadband private network was elaborated.It is pointed that the TD-LTE wireless broadband network can load the businesses of major uplink data,which meets the requirements of data access networks and data access security in smart city.

TD-LTE technology; smart city; vehicle management; road monitoring; environment monitoring

TU 855

B

1674-8417(2016)10-0014-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.10.005

2016-10-08