TD-LTE技術(shù)在哈拉哈塘二期產(chǎn)能工程中的應用

　大慶油田工程有限公司

TD-LTE技術(shù)在哈拉哈塘二期產(chǎn)能工程中的應用

張雪飛大慶油田工程有限公司

TD-LTE技術(shù)作為4G技術(shù)的一種，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為扁平化，將OFDM（正交頻分調(diào)制）技術(shù)與MIMO（多輸入/多輸出）技術(shù)相結(jié)合，大大提高了整個網(wǎng)絡傳輸速率、小區(qū)邊緣速率及頻譜利用率。TD-LTE基站采用分布式基站系統(tǒng)架構(gòu)，設備安裝方便，擴容靈活，網(wǎng)絡覆蓋能力增強。哈拉哈塘二期產(chǎn)能油田區(qū)塊環(huán)境復雜，風沙活動頻繁，光纖部署網(wǎng)絡費時費力，選用TD-LTE技術(shù)組網(wǎng)便于現(xiàn)場施工，既節(jié)省了建設投資，又便于今后油田業(yè)務的擴展。

TD-LTE技術(shù)；4G技術(shù)；哈拉哈塘油田；分布式基站；網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

1　TD-LTE網(wǎng)絡

1.1網(wǎng)絡核心技術(shù)

2004年11月，3GPP（第三代合作伙伴項目）組織在魁北克的會議上決定開啟改進3G系統(tǒng)的研究項目，對4G技術(shù)的TD-LTE系統(tǒng)需求形成了初步意見。TD-LTE系統(tǒng)作為一種先進的技術(shù)，在提高峰值數(shù)據(jù)速率、小區(qū)邊緣速率、頻譜利用率，降低建設和運營成本、延時方面進行優(yōu)化。

TD-LTE系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)由OFDM（正交頻分調(diào)制） 和 MIMO（多輸入/多輸出） 裝置組成[1]。OFDM技術(shù)具有抗干擾能力強、技術(shù)實現(xiàn)簡單、帶寬分配靈活、頻譜利用率高等優(yōu)點；MIMO技術(shù)是利用多天線系統(tǒng)的空間信道特性，同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，從而有效地提高數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。

1.2網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

為了降低用戶平面的延時，滿足低延時（控制面延時小于100ms，用戶面延時小于5ms）的要求，第三代網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)NodeB-RNC-CN必須簡化。TD-LTE網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要由EPC（核心網(wǎng)）及eNodeB（基站）組成，RNC作為物理實體將不再使用，NodeB將具有 RNC的部分功能，成為 eNodeB。eNodeB之間通過X2接口進行網(wǎng)狀互聯(lián)，接入到核心網(wǎng)中[2]。

EPC核心網(wǎng)主要由MME（移動性管理設備）、S-GW（服務網(wǎng)關(guān)）、P-GW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)）、PCRF（策略控制單元）等組成。其中，MME負責移動性管理、信令處理等功能，S-GW負責媒體流處理及轉(zhuǎn)發(fā)等功能，P-GW負責承擔網(wǎng)關(guān)職能，PCRF負責提供策略與計費控制[3]。TD-LTE網(wǎng)絡架構(gòu)見圖1。

圖1　TD-LTE網(wǎng)絡架構(gòu)

eNodeB主要由室內(nèi)與室外設備兩部分共同組成。室外設備包括RRU（遠端射頻模塊Remote RadioUnit）、無線天線；室內(nèi)設備是BBU（室內(nèi)基帶處理單元BuildingBasebandUnit）。兩者之間的基帶數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)通過光纖傳輸。eNodeB結(jié)構(gòu)劃分示意圖見圖2。

圖2　eNodeB結(jié)構(gòu)劃分示意圖

TD-LTE網(wǎng)絡的改變使整個體系趨于扁平化，同時減少接口，降低了成本，對設備維護管理更加方便。

1.3技術(shù)優(yōu)勢

由于TD-LTE將OFDM與MIMO技術(shù)相結(jié)合，并且網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了扁平化，因此TD-LTE技術(shù)有以下幾點優(yōu)勢：

（1）系統(tǒng)支持1.4/3/5/10/15/20MHz多種帶寬。

（2）下行使用OFDMA，最高速率可以達到150Mbit/s；上行使用OFDM衍生技術(shù)SC-FDMA（單載波頻分復用），最大速率可以達到50Mbit/s[3]，能滿足油田生產(chǎn)管理需要。

（3）將智能天線與MIMO技術(shù)相結(jié)合，提高系統(tǒng)在不同應用場景的性能。

（4）應用智能天線技術(shù)，降低小區(qū)間干擾，同時提高小區(qū)邊緣用戶的服務質(zhì)量。

2　TD-LTE技術(shù)優(yōu)勢

2.1技術(shù)應用背景

哈拉哈塘油田二期產(chǎn)能建設區(qū)行政上隸屬于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)沙雅縣，位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，北靠天山，南擁大漠，地理環(huán)境復雜，風沙浮塵天氣活動頻繁。

本區(qū)塊共部署2座轉(zhuǎn)油站、2座清管站及78口井。井場至各所屬站場間直線距離為0.5～10km。項目要求每座井場的SCADA生產(chǎn)數(shù)據(jù)與視頻圖像業(yè)務需上傳至本區(qū)域主控室。

通過將TD-LTE與其他幾種無線傳輸技術(shù)以及光纖傳輸技術(shù)進行對比，選出適合哈拉哈塘油田二期單井數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖顑?yōu)技術(shù)。

2.2TD-LTE與其他無線傳輸方式技術(shù)對比

TD-LTE技術(shù)與其他幾種無線傳輸方式技術(shù)對比見表1。

由表1可見，無線網(wǎng)橋更適合于點對點之間數(shù)據(jù)傳輸，WIFI覆蓋半徑為100m，McWill帶寬無法滿足多單井同時傳輸視頻的要求。

2.3TD-LTE與光纖傳輸方式對比

TD-LTE技術(shù)與光纖傳輸方式對比見表2。

由于TD-LTE技術(shù)具有抗風沙等環(huán)境能力強、可擴展性靈活、施工簡易、帶寬容量大且投資較低等優(yōu)勢，哈拉哈塘二期產(chǎn)能區(qū)塊單井數(shù)據(jù)傳輸將采用TD-LTE技術(shù)搭建通信通道。

表1　TD-LTE與其他無線傳輸方式技術(shù)對比

表2　TD-LTE與光纖傳輸方式對比

3　TD-LTE組網(wǎng)方案

3.1網(wǎng)絡總體布局

（1）結(jié)合區(qū)塊地形地貌及工程建設的站場部署，本項目中共建設4座TD-LTE無線基站，分別設在1#轉(zhuǎn)油站、2#轉(zhuǎn)油站、1#清管站及2#清管站。

（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡業(yè)務以上行為主，上、下行子幀配比使用3∶1，特殊子幀配比10∶2∶2。

（3）系統(tǒng)采用1800MHz，20M同頻組網(wǎng)?；静捎梅植际浇Y(jié)構(gòu)，應用射頻塊拉遠技術(shù)，可以獨立安裝、擴容，便于靈活部署及增強覆蓋能力，以適應將來油田各種網(wǎng)絡建設需求。

（4）系統(tǒng)核心設備與基站之間支持IP傳輸，核心設備可對分組數(shù)據(jù)進行IP地址的分配和管理，可進行不少于36個基站同時在線傳輸。

3.2基站部分

工程中，基站所轄井場分為重點井場與普通井場兩種。重點井場設置2臺監(jiān)控攝像機，普通井場設置1臺監(jiān)控攝像機，每臺攝像機以D1（2Mb/s）格式存儲，SCADA生產(chǎn)數(shù)據(jù)以100kbit/s計算，重點井場所需要的傳輸速率為4.1Mbit/s，普通井場所需要的傳輸速率為2.1Mbit/s。經(jīng)計算，1#轉(zhuǎn)油站基站總帶寬為119.7Mbit/s；2#轉(zhuǎn)油站基站總帶寬為68.4Mbit/s；1#清管站基站總帶寬為16.6Mbit/s；2#清管站基站總帶寬為45.1Mbit/s。

工程中，室外RRU采用雙通道設備，每個RRU可以外接2套天線，單小區(qū)最大數(shù)據(jù)上行速率為50Mbit/s，因此單基站單個RRU可達上行速率為100Mbit/s。根據(jù)4個基站所需總帶寬配置，計算出各基站RRU及室外天線配置數(shù)量，見表3。3.3用戶終端部分

表3　各基站設備配置

基站所轄井場各設置2套TD-LTE用戶終端，1套用于傳輸SCADA生產(chǎn)數(shù)據(jù)，1套用于傳輸視頻圖像數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡核心設備將兩種業(yè)務各分配1個IP地址，兩個地址屬于不同的網(wǎng)段。兩種業(yè)務通過獨立的GTP-U隧道協(xié)議，隔離傳輸至無線網(wǎng)絡核心設備，以防止兩種業(yè)務互相串擾。

4　結(jié)語

（1）綜合考慮哈拉哈塘二期產(chǎn)能區(qū)塊地理環(huán)境及氣候環(huán)境等因素，工程中選用基于4G技術(shù)的TD-LTE無線技術(shù)作為井場數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?/p>

（2）TD-LTE無線網(wǎng)絡覆蓋廣，帶寬高，能滿足生產(chǎn)管理要求；網(wǎng)絡全天候穩(wěn)定可靠；基站可快速部署，輕松維護，可擴展性強，適用于油井開發(fā)區(qū)塊。

（3）系統(tǒng)解決了哈拉哈塘油田地形復雜、光纖網(wǎng)絡部署費時費力、維護困難等難題，為油田數(shù)據(jù)傳輸提供了一個穩(wěn)定、可靠的高帶寬網(wǎng)絡。

[1]華燕．TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢探討[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（15）：3.

[2]王令侃．TD-LTE技術(shù)發(fā)展與其應用[J]．移動通信，2011（6）：56-57.

[3]鄔建軍．淺析TD-LTE基站組網(wǎng)模式及天饋解決方案[J]．廣東通信技術(shù)，2011（10）：15-16.

（0459）5903240、zhangxuefei@petrochina.com

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.022

張雪飛：工程師，碩士研究生，2008年畢業(yè)于哈爾濱理工大學通信系統(tǒng)工程專業(yè)，現(xiàn)從事通信專業(yè)設計工作。

2015-06-03