TD-LTE技术在智慧城市中的应用

魏 龙

(陕西建工安装集团有限公司, 陕西 西安 710014)



TD-LTE技术在智慧城市中的应用

魏 龙

(陕西建工安装集团有限公司, 陕西 西安 710014)

介绍了TD-LTE无线宽带技术的优势,从车辆监控、道路管理、环境监控等方面分析了TD-LTE无线宽带技术在智慧城市中的应用,阐述了TD-LTE无线宽带专网建设方案。提出TD-LTE无线宽带专网能承载以上行数据为主的业务,满足了智慧城市中数据接入网络的要求及数据接入安全的要求。

TD-LTE技术; 智慧城市; 车辆管理; 道路监控; 环境监控

魏 龙(1988—),男,工程师,从事建筑智能化方面的工作。

0 引 言

随着智慧城市建设不断加快,新型化的城市安全管理、城市应急指挥、物联网建设对于数据的接入提出了很高的要求,必须保证数据安全、可靠、实时地传送至管理平台。无线宽带专网具有部署快速灵活、传输高速实时、接入安全可靠等特点,可实现网络最优化配置,加速推动智慧城市的发展进程。无线宽带专网采用TD-LTE无线通信技术,能够提供高带宽、高速率、可移动、稳定服务的无线业务承载网络[1]。

1 TD-LTE无线宽带技术

目前,无线通信制式已经从窄带无线制式发展到宽带无线制式,即LTE阶段。其中TD-LTE已经作为我国新一代宽带无线通信网,被列入国家重大科技专项。同时,TD-LTE的国际标准化以及产业链的发展已经取得了突破性的进展,TD-LTE标准已被国际产业广泛接受,为我国下一代移动通信产业进入国际主流带来了新的机遇,已成为移动通信产业面向移动互联网发展的必然。

截止2013年2月,全球已有29个运营商建设了64张由我国主导制定的基于TD-LTE的第4代移动通信(4G)标准试验网。在公网方面,中国移动已经在多个大城市开展TD-LTE规模网络试验;在专网方面,北京市政府、天津市政府、上海市政府、南京市政府在1.4 GHz频段开展了TD-LTE无线宽带专网建设。目前,TD-LTE技术作为新一代的宽带无线网络制式,已经得到了广泛的应用。

TD-LTE具有如下几个方面的优势。

(1) 政策优势。TD-LTE是具有自主知识产权的4G国际标准，得到了我国政府的全力支持，成为我国在通信信息领域引领全球、实现产业跨越式发展的机遇。

(2) 技术优势。TD-LTE采用空口接入以及MIMO技术，拥有更高的上下行峰值速率，网络安全性更高。

(3) 频谱优势。频谱资源丰富，频谱效率更高。目前主流用于专网的LTE频段为1.4 GHz。

(4) 时隙配比优势。TD-LTE可灵活配置上下行时隙，更适合承载物联网类数据业务，适用于视讯类、移动互联网类业务。

(5) 产业优势。TD-LTE已在全球形成了完善的产业链，在系统、终端、芯片和测试设备方面均有众多主流厂家投入研发。

2 TD-LTE技术在智慧城市中的应用

TD-LTE具有无线宽带专网的高带宽、高安全性,可以应用在车辆管理、道路监控、环境监控等领域。

2.1 车辆监控

基于TD-LTE网络,采用RFID+高清视频监控+GPS,能够精确识别身份和行驶关键路径,呈现实时位置、视频等，监控建设工地和车辆的管理,实时定位跟踪、信息播报、应急报警、超速、疲劳驾驶告警、路径区域限制、断油断电等。TD-LTE技术应用于车辆监控的模型如图1所示。

图1 TD-LTE技术应用于车辆监控的模型

2.2 道路管理

TD-LTE无线宽带专网包含物联网、无线宽带、云计算等技术,为城市交通管理提供端到端解决方案。政府部门依托智能交通平台促进各部门资源的共享及信息交换，在交通综合监测、交通运输管理、交通调控指挥、税费征收管理、公众出行服务等方面提高城市智能化交通管理水平。

TD-LTE技术应用于道路管理的模型如图2所示。

2.3 环保监控

通过TD-LTE技术,系统可将以下数据进行收集,并发送至数据中心处理。

(1) 污染监控，包括基础信息管理、监控数据查询、综合分析、监控点控制、异常监控报警、数据采集等。

(2) 环保视频监控，包括网络化监控、报警联动、视频分发、移动视频、视频数据叠加、数字化存储。

(3) 环境质量监控，包括空气质量监测、环境噪声监测、污染超标告警、水质监测、统计分析。

(4) 水文监测，包括实时监测江、河、湖泊、水库、渠道等监测点的水位、流量、流速、降雨(雪)量等。

图2 TD-LTE技术应用于道路管理的模型

3 TD-LTE无线宽带专网建设方案

智慧城市采用TD-LTE无线宽带专网,包含1套核心网EPC系统和5套基站eNB,基站将通过有线专网的光纤链路就近接入专网汇聚节点,与核心机房EPC进行互联互通[2]。TD-LTE无线宽带专网整体拓扑结构如图3所示。

图3 TD-LTE无线宽带专网整体拓扑结构

(1) 核心层包含 1套EPC核心网系统,网管系统设置在通信机房,主要实现用户数据的传输、系统接入控制、移动性管理等功能，对接业务平台。

(2) 承载层(有线传输),主要利用现有的MSTP传输网络(或IP网络)实现,完成基站和核心网之间的连接。

(3) 无线接入层(基站系统),建设5套1.4 GHz的TD-LTE无线基站站点,每个站点采用三扇区覆盖,每个扇区采用8通道天线。

3.1 频率选择

目前可供TD-LTE网络选择的频段有1 447～1 467 MHz、1 785～1 805 MHz和中国移动的公网频段2 350～2 370 MHz、2 575～2 595 MHz。各频段优劣性如下:

(1) 1 447～1 467 MHz频段是北京、天津、上海、郑州、南京宽带无线专网使用的频段。该频段频点低,覆盖距离远,非常适合TD-LTE室外覆盖,且频段作为政府专用频段,网络容量大,干扰小。

(2) 1 785～1 805 MHz频段与GSM1800相邻,使用该频段进行TD-LTE组网时,1 785～1 790 MHz、1 800～1 805 MHz作为保护带,1 790～1 800 MHz(10 MHz)作为TD-LTE组网使用。该频段属于公共频段,使用时只需进行报备,但该频段可能会被其他部门使用,且干扰较大。

(3) 公网频率可直接采用中国移动TD-LTE基站进行网络覆盖,但由于与公网共用,网络容量不能保证,且安全性也不如专用网络。此外,各项业务的开展需与中国移动进行协商,自主性较差。

从网络性能、抗干扰以及后续业务发展角度考虑,选择1.4 GHz频段进行无线专网业务开展,具备可行性。深圳TD-LTE无线宽带专网建议采用1 447～1 467 MHz(20 MHz)专用频段组建网络。

3.2 建设原则

智慧城市TD-LTE无线宽带专网建设可借鉴北京、天津、上海等地无线宽带专网的建设经验,采用“平战结合、弹性承载”的方式承载业务,即平时作为政府物联网、便民WiFi回传网络、应急演练等使用,战时作为政府应急和政府指挥调度网络使用[3]。

考虑网络建设成本、无线网络施工的特殊性,以及光纤租用、站址、机房的选择等因素,可采用租赁联通、移动等运营商的机房、光纤等基础设施进行建设。租赁的原则主要考虑光纤的到位情况,若政府有光纤资源,则根据基站选址,可以考虑直接借用现有光纤可到达的政府机房;若需要租用运营商的光纤资源,则根据基站选址情况,需同时租用其机房,以便部署基站设备。运营商除三大运营商外,还可考虑广电、电力等有光纤资源和机房的运营商。

3.3 应用优势

(1) 满足智慧城市快速部署数据接入网络的要求。智慧城市网络层的部署有传统有线网络接入方式及宽带无线网络覆盖方式。无线网络相对于有线网络具有网络综合成本低、施工方便、可扩展性强、数据容量大、部署灵活等特点,应用在城市应急、维稳安防、移动指挥等领域。

(2) 满足智慧城市数据接入安全要求。目前很多特殊业务都承载在运营商公网上,但是公网具有大容量数据传输受限、紧急状态网络无法使用以及安全性难以得到保障等缺点,无法满足业务的安全有效承载。无线专网主要为政府服务,可保证城市的安全、高效运行,并能承载大量的视频监控、检测类等以上行数据为主的业务,特别是专网需在关键时期支撑突发事件中的应急通信,对于网络的安全性、可靠性的保障远高于公网。

TD-LTE无线宽带专网为政府的应急维稳和城市管理提供服务。因此,从安全方面考虑,建议该网络专网专用,与公网完全独立,且设计时按照最大话务量进行设计,以满足应急维稳的需要。

4 结 语

介绍了TD-LTE无线宽带技术的优势,分析了其在车辆管理、道路监控、环境监控等领域方面的应用。TD-LTE无线宽带专网可充分发挥现代通信技术优势,实现网络最优化配置,为智慧城市的发展提供技术层面的支持。

[1] 王佳,于军琪.浅谈无线通信技术在智能建筑能耗数据采集中的应用[J].智能建筑,2008(7):38-41.

[2] 李建明.智慧城市发展综述[J].中国电子科学研究院学报,2014,9(3):221-225.

[3] 王静远,李超,熊璋,等.以数据为中心的智慧城市研究综述[J].计算机研究与发展,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