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(tuán)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(tuán)有限公司, 陜西 西安 710014)

介紹了TD-LTE無(wú)線寬帶技術(shù)的優(yōu)勢(shì),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(wú)線寬帶技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用,闡述了TD-LTE無(wú)線寬帶專網(wǎng)建設(shè)方案。提出TD-LTE無(wú)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(duì)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(shí)時(shí)地傳送至管理平臺(tái)。無(wú)線寬帶專網(wǎng)具有部署快速靈活、傳輸高速實(shí)時(shí)、接入安全可靠等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化配置,加速推動(dòng)智慧城市的發(fā)展進(jìn)程。無(wú)線寬帶專網(wǎng)采用TD-LTE無(wú)線通信技術(shù),能夠提供高帶寬、高速率、可移動(dòng)、穩(wěn)定服務(wù)的無(wú)線業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)[1]。

1 TD-LTE無(wú)線寬帶技術(shù)

目前,無(wú)線通信制式已經(jīng)從窄帶無(wú)線制式發(fā)展到寬帶無(wú)線制式,即LTE階段。其中TD-LTE已經(jīng)作為我國(guó)新一代寬帶無(wú)線通信網(wǎng),被列入國(guó)家重大科技專項(xiàng)。同時(shí),TD-LTE的國(guó)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(jìn)展,TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)已被國(guó)際產(chǎn)業(yè)廣泛接受,為我國(guó)下一代移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)進(jìn)入國(guó)際主流帶來(lái)了新的機(jī)遇,已成為移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然。

截止2013年2月,全球已有29個(gè)運(yùn)營(yíng)商建設(shè)了64張由我國(guó)主導(dǎo)制定的基于TD-LTE的第4代移動(dòng)通信(4G)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)網(wǎng)。在公網(wǎng)方面,中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)在多個(gè)大城市開展TD-LTE規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn);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(wú)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(wú)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(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。

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

(2) 技術(shù)優(yōu)勢(shì)。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(shì)。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(shí)隙配比優(yōu)勢(shì)。TD-LTE可靈活配置上下行時(shí)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)。

(5) 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。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(cè)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(wú)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(shí)別身份和行駛關(guān)鍵路徑,呈現(xiàn)實(shí)時(shí)位置、視頻等，監(jiān)控建設(shè)工地和車輛的管理,實(shí)時(shí)定位跟蹤、信息播報(bào)、應(yīng)急報(bào)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(wú)線寬帶專網(wǎng)包含物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線寬帶、云計(jì)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(tái)促進(jìn)各部門資源的共享及信息交換，在交通綜合監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸管理、交通調(diào)控指揮、稅費(fèi)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(guò)TD-LTE技術(shù),系統(tǒng)可將以下數(shù)據(jù)進(jìn)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?cái)?shù)據(jù)查詢、綜合分析、監(jiān)控點(diǎn)控制、異常監(jiān)控報(bào)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(bào)警聯(lián)動(dòng)、視頻分發(fā)、移動(dòng)視頻、視頻數(shù)據(jù)疊加、數(shù)字化存儲(chǔ)。

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

(4) 水文監(jiān)測(cè)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)江、河、湖泊、水庫(kù)、渠道等監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(wú)線寬帶專網(wǎng)建設(shè)方案

智慧城市采用TD-LTE無(wú)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(guò)有線專網(wǎng)的光纖鏈路就近接入專網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn),與核心機(jī)房EPC進(jìn)行互聯(lián)互通[2]。TD-LTE無(wú)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(wú)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(jī)房,主要實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的傳輸、系統(tǒng)接入控制、移動(dòng)性管理等功能，對(duì)接業(yè)務(wù)平臺(tái)。

(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(shí)現(xiàn),完成基站和核心網(wǎng)之間的連接。

(3) 無(wú)線接入層(基站系統(tǒng)),建設(shè)5套1.4 GHz的TD-LTE無(wú)線基站站點(diǎn),每個(gè)站點(diǎn)采用三扇區(qū)覆蓋,每個(gè)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(guó)移動(dòng)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(wú)線專網(wǎng)使用的頻段。該頻段頻點(diǎn)低,覆蓋距離遠(yuǎn),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(jìn)行TD-LTE組網(wǎng)時(shí),1 785～1 790 MHz、1 800～1 805 MHz作為保護(hù)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(shí)只需進(jìn)行報(bào)備,但該頻段可能會(huì)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(guó)移動(dòng)TD-LTE基站進(jìn)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(xiàng)業(yè)務(wù)的開展需與中國(guó)移動(dòng)進(jìn)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(jìn)行無(wú)線專網(wǎng)業(yè)務(wù)開展,具備可行性。深圳TD-LTE無(wú)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(wú)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(yàn),采用“平戰(zhàn)結(jié)合、彈性承載”的方式承載業(yè)務(wù),即平時(shí)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(shí)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)施工的特殊性,以及光纖租用、站址、機(jī)房的選擇等因素,可采用租賃聯(lián)通、移動(dòng)等運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房、光纖等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)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(dá)的政府機(jī)房;若需要租用運(yùn)營(yíng)商的光纖資源,則根據(jù)基站選址情況,需同時(shí)租用其機(jī)房,以便部署基站設(shè)備。運(yùn)營(yíng)商除三大運(yùn)營(yíng)商外,還可考慮廣電、電力等有光纖資源和機(jī)房的運(yùn)營(yíng)商。

3.3 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

(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(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)綜合成本低、施工方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、數(shù)據(jù)容量大、部署靈活等特點(diǎn),應(yīng)用在城市應(yīng)急、維穩(wěn)安防、移動(dòng)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(yùn)營(yíng)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(wú)法使用以及安全性難以得到保障等缺點(diǎn),無(wú)法滿足業(yè)務(wù)的安全有效承載。無(wú)線專網(wǎng)主要為政府服務(wù),可保證城市的安全、高效運(yùn)行,并能承載大量的視頻監(jiān)控、檢測(cè)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(shí)期支撐突發(fā)事件中的應(yīng)急通信,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性的保障遠(yuǎn)高于公網(wǎng)。

TD-LTE無(wú)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(dú)立,且設(shè)計(jì)時(shí)按照最大話務(wù)量進(jìn)行設(shè)計(jì),以滿足應(yīng)急維穩(wěn)的需要。

4 結(jié) 語(yǔ)

介紹了TD-LTE無(wú)線寬帶技術(shù)的優(yōu)勢(shì),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(wú)線寬帶專網(wǎng)可充分發(fā)揮現(xiàn)代通信技術(shù)優(yōu)勢(shì),實(shí)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(wú)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(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2014,9(3):221-225.

[3] 王靜遠(yuǎn),李超,熊璋,等.以數(shù)據(jù)為中心的智慧城市研究綜述[J].計(jì)算機(jī)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