大唐移动,大唐移动4G车地无线通信解决方案

C114讯 近日,由中国通信学会主办,中国通信学会无线电应用与管理专业委员会、海南大学、南京邮电大学联合承办的“2014年全国无线电应用与管理学术会议(CRAM’14)”在海南大学召开。大唐移动副总经理魏建强及副总工程师蔡月民应邀出席此次会议。同时,蔡月民在会上做了题为“未来移动通信发展及海洋应用”的主题报告。

近年来,随着国内一批陆上主力油田进入开发中后期,陆地石油产量呈低速、平稳、缓慢增长趋势,海上油田正逐渐成为我国新增石油产量的重要来源,而海上平台的无线覆盖需求也在逐年强劲增长。

目前,我国正处在工业化和信息化融合的快速推进阶段,以工业为主的各行各业需要实现智能化、远程化、实时化和自动化。在中国,物联网的应用已正式列为国家战略发展的一个重要组成部分,并补纳入国家重点基础研究发展计划。作为我国自主创新的重要成果,TD-SCDMA的发展不但使人际沟通更上一层楼,也为物联网的发展创造了有利条件。2009年8月,温家宝总理视察江苏时明确指出:要把传感系统和3G中的TD-SCDMA技术结合起来,在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展。

相对于轨道交通建设的飞速发展,传统的无线车地通信技术仍存在诸多问题。在以往普遍采用TETRA WiFi的轨道交通车地通信业务承载网络中,WiFi网络主要负责列控承载和PIS等数据业务,而WiFi所用的2.4GHz是非牌照频段,符合发射功率限制等技术要求的各类无线电通信设备及工业、科学和医疗等非无线通信设备均可使用,这就使得采用WiFi的车地通信网络,极有可能由于临时个人AP的引入而导致网络干扰增加,成为影响轨道交通安全性的极大隐患。传统的无线车地通信技术带宽受限、频段开放、多普勒频偏以及切换频繁等诸多先天缺陷,衍生出业务少、专网安全性能无法保障、数据传输质量低、产品投资价格高等问题,已无法满足车地宽带通信的需求,城市轨道交通领域亟需一种适应于在高速移动状态下能保持良好通信、安全可靠的车地通信解决方案。

当前,无线通信网络和各种无线电技术的广泛应用使得频谱资源稀缺问题日益突出。然而,随着国家经济的发展,沿海渔业、海上旅游业也迅速壮大,海域数据通信需求日益增多。除近海存在轮渡、旅游、水上比赛项目等通信需求外,还有海面搜救、渔政、海巡、缉私等更远距离专用无线数据通信的需求。如何充分有效地利用和管理无线频谱资源,满足多种多样的业务需求日益引起各国政府、工业界和学术界的重视。本次会议为专业人士提供了一个难得的交流平台。

党的十八大报告中明确提出:“提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国。”,这是对我国海洋战略的明确表述。而加快海洋石油资源的开发,是缓解国内油气供需缺口、增强石油自给能力的现实选择,对优化我国能源格局、确保能源运输通道的安全更具有重大的战略意义。

大唐移动在这一重要思想的指导下,针对不同行业的特点,提出了TD无线专网的理念,开发出以TD-SCDMA技术为核心的TDeN专网系统及以TD-LTE技术为核心的TDiN无线专网系统。

大唐移动凭借在通信行业深厚的技术积累以及多年对通信应用的理解和实践,提出基于TD-LTE技术的车地无线通信解决方案,充分发挥了LTE在高速移动状态下宽带传输、低时延等特性,不但可以承载PIS业务,为乘客实时提供新闻、广告、电视节目服务,还可以完成车厢、司机室实时的高清监控视频回传、或作为列车调度方面有效的通信传输手段,将引领轨道交通进入无线宽带通信的新时代。

大唐移动是无线通信领域的代表企业,在无线移动通信技术领域有深厚的技术积淀。本次会议上,大唐移动副总工程师蔡月民首先对海面通信条件进行了深入的分析。他指出,在海上移动无线通信中,由于海面的存在,无线电波在传播中会遇到空气和海水两种不同介质的光滑界面;同时,海浪会对移动台高度产生影响,传播路径中出现的岛屿或其它障碍物,以及气象状况变化等突发情况,都会对信号的传播产生阻挡,导致海上移动无线通信环境极其复杂。

作为国内领先的无线通信设备供应商,大唐移动始终致力于TDD无线通信技术及其后续演进技术的应用和开发,专注于无线通信技术在下一代互联网、物联网、行业信息化等多方面的应用与融合,力求为各行各业用户打造最贴近一线生产、管理需求的通信解决方案。

TDeN是一种小型化的TD-SCDMA专网系统,以低成本、高质量满足行业用户生产管理与生活需要,凭借优质的性能,高安全性、高可靠性、低成本等特点,成为行业专网新建与改造的最佳技术解决方案。

大唐移动轨道交通车地无线通信系统基于TD-LTE技术,主设备由核心网、网管、基站(eNODE B,由BBU RRU构成)、车载终端TAU等组成。车地通信系统包括控制中心子系统、正线隧道区间子系统、车站子系统、车辆段/停车场子系统、车载子系统。应用场景包含车辆段/停车场、车站、正线隧道区间和列车车辆四个部分。

面对海上覆盖难与速率难提升等问题,蔡月民讲到:“4G TD-LTE技术最大的优势就在于高数据速率和灵活的业务支持能力。TD-LTE技术可通过增大基站发射功率、使用高增益天线、增加天线、增加中继和借助软件技术等多种途径增加覆盖范围。从而有效解决海上大面积的覆盖问题。”

众所周知,在现代工业企业的发展过程中,稳定、高速的通信网络是构筑企业高效生产、管理的基础。对于海上油田,石油平台地理分布分散,海上船舶需要往返于海上平台与陆地之间完成石油的运输以及生活物资的运送,这种特殊的作业环境,使得海上油田的通信还存在一些问题:以往的微波通信方式,通过陀螺仪来平衡海平面的波动,调试复杂且费用高;且海上平台、海上船舶与外界的通信所采用的海事卫星电话,租用费用昂贵,带宽小、时延较长。同时,传统的通信方式只能完成普通话音信息的交流和沟通,无法满足日益增加的数据、视频类信息的传递。海上油田亟需一种先进、全面的通信解决方案,为陆地基地、海上平台、船舶之间提供高效、通畅的信息化服务。

TDiN是基于TD-LTE技术的小型化无线专网系统,支持高速宽带业务,具备多频段,且支持数字集群技术,可广泛应用于高铁、海油、军队等特殊领域。

同时,为保证CBTC、紧急文本及列车状态等重要业务的可靠运行,解决方案可提供主、备双网的增强型总体架构方式,分别设置主备两套核心网、基站、车载TAU等主要设备,以提高系统的稳定性、可靠性。另外,从系统安全性出发,解决方案采用业务应用与传输网络间加入防火墙、传输空口加密、接入双向认证等多重安全技术,防止外来终端、信息的侵入,提高了整体网络的安全性。

在主题报告中,蔡月民着重介绍了大唐移动的16天线收发方案、Relay产品解决方案、CPE提升方案等几个提升网络覆盖的有效途径。其中,16天线收发方案是通过16通道天线,即两面8通道天线联合2个RRU,提升网络覆盖,同时提升上下行覆盖距离。Relay产品解决方案是大唐移动提出的创新性方案。与传统的relay中继解决方案不同,大唐移动Relay产品解决方案无需改动宿主基站和核心网,只需在核心网增加一台传输服务器,将核心网和Relay基站进行传输匹配即可实现relay功能,宿主基站和接入relay基站可灵活配置。大唐移动CPE提升方案则可提供室内型和室外型两种CPE,在使用室内型CPE时,各信道的提升比例在22%-24%左右;使用室外型CPE时,覆盖距离可以提升123%-138%。

根据海上油田信息交互需求特点,大唐移动充分考虑海上的石油勘探、石油开采、石油运输、设备维护、设备控制等工作场景,采用4G国际标准之一的TD-LTE技术,融合集群调度、多媒体控制、加解密等技术,推出了基于TD-LTE的海上油田高效通信解决方案。该方案根据石油行业用户需求量身定制,具有高数据速率、分组传送、时延降低、广域覆盖和向下兼容等技术特点,包含了行业核心网、基站、CPE、定制用户终端、多媒体调度平台、保密通信服务器等组建TD-LTE端到端网络的完整设备,用高性能、低成本满足海上油田生产管理和生活需要。

煤矿应用

高带宽,提供安全可靠的车地通信方案

基于TD-LTE移动通信技术,大唐移动还推出了TD无线中继站海面通信专网解决方案,可实现超远距离海面宽带无线传输,传输距离超过100公里,非视距能力可达到40公里以上,并拥有强抗干扰能力和电信级的安全性。该方案目前已在中海油南海西部得以成功应用,实现从南山岭到乐东22-1平台超过100km的骨干网传输,保证10M以上带宽的稳定传输,成功解决了中海油南海西部多年来海陆骨干网传输受限的问题。

为了保证系统的高可靠性,大唐移动基于TD-LTE的海上油田高效通信解决方案采用板级备份、网元备份、链路备份等多种备份方案保证系统的可靠运行;同时,针对应用环境的特殊性,系统设备均进行了特殊定制,从而更好的适应海上苛刻的环境,保证系统的稳定运行。

由于煤矿等自然资源的开采通常需要地下作业,通信环境恶劣,公网网络无法涵盖,而开采环境对于安全方面要求的特殊性使得通信在这些区域受到极大地限制,管理者对作业环境信息的了解以及与作业人员的沟通一直是威胁企业安全生产的一大难题。国家安全局23号文件以及146号文件明确要求进行必须建设通信系统。

大唐移动TD-LTE车地无线通信系统,采用我国自主知识产权的第四代移动通信技术,在实现车地通信方面具有明显的优势。

大唐移动TDiN系统是另一个基于TD-LTE移动通信技术的代表方案,该方案通过构建海岛之间的信息高速公路,实现岛屿群的无线覆盖,以及岛屿之间、岛屿与军舰之间、军舰之间的移动通信。早在2012年该方案就被成功用在位于北部湾的涠洲油田群,成功实现海面4G无线专网覆盖,是国内最早的TD-LTE海面覆盖案例。

大唐移动在中海油涠洲油田群承建的TD-LTE无线专网,经过海上油田长时间的应用检验,充分展示了大唐移动海上油田高效通信解决方案在海油信息化建设中的突出优势。

大唐移动根据煤矿行业环境的特殊性,设计开发了适应于煤矿行业的本安型基站TDU100以及适应于煤矿行业的TDeN系统。

TD-LTE技术作为我国自主知识产权的第四代移动通信技术标准,可实现下行峰值速率大于100Mbps,上行峰值速率大于50Mbps,满足轨道交通多种业务实时双向交互的需求,包括列车控制信息、语音调度、车载视频监控、高清播放视频传输等。同时,极小的切换时延、传输时延及严格的QoS机制,保证轨道交通优先级高的业务传输可靠性和传输质量;采用ICIC、定向切换等专用的车地通信无线资源管理算法,抗干扰、业务连续性好。

近年来,近海通信需求急迫,前景广阔。然而,当前近海移动通信网络覆盖水平仍然有限,广域覆盖仍受很多因素的限制。面对现状,蔡月民指出“问题存在的根本原因是没有适合的低频段”,从目前移动通信技术发展来看,移动通信网和无线专网虽然可以解决部分应用需求,但是还需加强公网、专网、卫星等多种手段协同发展,并不断挖掘在有价值的移动通信应用。实现移动信号遨游南海的梦想,还需再接再励! 图片 1

涠洲油田是位于北部湾的海上油田群,在部分油田已铺设光纤网络的前提下,还存在多个平台仍采用10M微波链路进行连接的情况。伴随数字油田的发展趋势,海上油田不但需要提供办公网络、模拟电话、IP电话等基本业务,还需要能够提供视频监控、视频会议、生产数据回传、多媒体调度业务等,对通信网络的链路带宽、可靠性、时延、速率、抗干扰能力及网路安全都提出了新的要求。同时,海上恶劣的天气状况和微波链路中的障碍物经常会使得微波链路中断,对海上平台间的生产和管理产生不良的影响。

该煤炭专网集成了公网通信的主要功能,相当于小型化的TD-SCDMA无线通信系统,可支持实时语音、数据传输以及实时调度业务,语音业务按照需求规范,实现12.2K实时业务。数据业务支持HSDPA,还可实现煤矿信息的共享,远程数据的查询等。

TD-LTE车地无线通信系统采用网络层与业务层隔离、空口加密、双向接入认证、专用频段等关键技术,具有完备的网络安全机制,防止网络恶意侵入,保证车地通信信息安全;同时,核心网异地容灾、无线网双网互备,保证控车等业务安全可靠。

针对以上情况,大唐移动采用TD-LTE技术,为涠洲油田群多个平台搭建无线通信网络,利用TD-LTE技术中频分多址技术、多天线技术、干扰抑制技术三大核心技术提高涠洲油田群的通信质量和系统容量、增强抗干扰能力、消除同频组网带来的同频干扰、提高传输链路的带宽和距离,提供稳定、可靠、高带宽、低时延、高速率的充裕通信链路,并确保了无线覆盖的广域性和无线宽带的可用性,更为后续数据业务的演进与发展提供有效的网络基础。

TDeN煤炭专网的覆盖,可同时解决煤矿井上、井下的通信调度问题,达到纵向调度灵活可靠,矿区内外畅通无阻,不仅能满足日常安全生产的通信需要,而且能保证在自然灾害和矿井事故发生时的应急指挥通信,从而有效的降低人员伤亡与财产损失。

与传统的车地通信方案比较,TD-LTE车地无线通信系统一网承载多种车地通信业务,易于建设和维护、节省项目投资;同时可实现语音视频调度的联动,提高调度效率和准确性。

在信息化技术飞速发展的今天,大唐移动将先进的无线通信技术TD-LTE引入到石油行业中,为油田客户量身定制高效通信解决方案,推动油田信息化改造,助力打通石油行业工业化、信息化交互的畅通双车道。据悉,中海油涠洲油田群TD-LTE无线专网是国内第一个海面4G无线通信专网,它为海上油田生产、管理数据、信息的高效传递提供了全新的解决思路和方案。 图片 2

目前大唐移动已经在神东集团大柳塔煤矿进行了实验网建设,全面为神东打造一张具有世界一流技术水平的矿山信息化专网。

适用于多样化应用场景

油田应用

根据不同应用场景的特点,大唐移动可提供不同的车地无线通信解决方案。

中海油原有微波系统在恶劣气候条件下经常中断;卫星链路带宽不足,租用成本高;海上平台之间、平台与陆地之间通信的能力现状制约了企业生产办公通信业务。

1.车辆段/停车场应用场景覆盖方案

大唐移动依赖涠洲作业区现有骨干传输条件,通过部署TD无线专网,为作业区提供全新的一套内部通信网络。该网络采用当今最先进的4G移动通信技术—TD-LTE,确保无线覆盖的广域性和无线带宽的可用性,为后续数据业务的演进与发展提供传输保障,最经济的方式进行海上平台的组网,并且在平台内最大程度地考虑复用现有传输线路,以减少工程量,降低成本。

在开阔空间,采用室内分布进行信号覆盖;在车辆基地与隧道接口处,采用定向天线向外覆盖,使得信号能够平滑切换;在车辆段、停车场附近机房部署BBU,其他设备根据实际情况设计部署位置。

中海油的TD-LTE专网具备以下优势:

2.车站应用场景覆盖方案

1.中海油海上平台TD-LTE专网工程施工过程顺利,网络设备安装简单,开通快捷。

采用室内分布系统解决方案,选择全向吸顶天线覆盖,天线间距可定为12-15m。由于车站已有公网室内分布系统,因此可与公网全向吸顶天线合一,采用异频合路器接入;主要设备包含BBU、RRU、功分器、耦合器及异频合路器。在机房部署BBU,其余设备室内空间固定部署。

2.设备长时间运行稳定可靠,经历大雾、大风、大雨、大浪各种恶劣条件,未出现传输中断现象,单终端上下行速率也分别能够稳定在10M和25M。天气良好条件下,上下行分别达到14M和35M。

3.正线隧道区间覆盖方案

3.相比原有的微波网络在恶劣天气下经常断网,4G网络始终保持稳定可靠。

车站机房部署BBU,就近部署RRU;主、备网的射频信号通过多频合分路器,与其它系统的信号合路后一起连接到漏缆,RRU两端漏缆覆盖属同一小区;对于地下区间隧道较长、信号源无法覆盖隧道中央的情况,可选择光纤拉远方式增加RRU进行补盲。

4.视频电话画面和语音流畅,维修监督、报务主任以及其他人员都进行了业务体验,表达了对该业务的充分认可。

4.列车车辆TAU覆盖方案

5.语音调度、视频通话、办公数据传输和上网浏览等业务体验良好。

每列车的车头及车尾分别安装一套TAU及天线设备,通过车载交换机与应用系统车载设备相连。两套TAU互为热备,提高CBTC系统信号的可靠性;根据业务的具体要求,在车头或车尾可以采取一套TAU设备承载所有业务,或选择采取两套不同的TAU设备分别承载不同优先级别的业务。

高铁应用

丰富的业务应用

随着我国铁路建设的加速,我国高铁的建设迅猛发展。为保证高铁列车的安全,需采集大量的传输数据,并且及时的传输到列车控制室。大唐移动根据高铁覆盖的特点,形成了完善的高铁覆盖及数据传输方案,并且在上海虹桥进行了实际的测试。

在车站、区间线、停车场、车辆段等场景下,大唐移动TD-LTE车地无线通信系统可提供基于宽带多媒体的多种业务应用,满足不同的业务应用对于带宽的需求。

主要的测试内容是高铁控制数据上行无线传输测试。测试要求覆盖动车车库内一条完整的车道,以两面天线做单车道完整的覆盖,天线的架设位置在车库的墙壁上。采用2个双通道RRU以小区合并的方式进行单小区配置。考虑到网络安装的便捷性和实验内容,在组网方案中不布置核心网。机房内配置业务服务器和基站本地操作维护终端,通过网线直接与基站相连。

低时延的宽带语音集群通信,为列车调度及语音通信提供了可靠保障;同时,保证调度中心可以对列车运行状态进行实时监控、获取列车运行中的旅客流量等实时信息;通过车厢和隧道的摄像头部署,可以进行车厢、司机室和隧道的实时高清视频监控回传,实现相关部门与现场人员语音、视频、数据的双向可视化交互,辅助实现高效远程决策、实时调度和应急处置;确保列车运行信号系统数据安全、高效、可靠传输;为乘客实时提供新闻、广告、电视节目及紧急业务广播等。

本次TDiN系统的测试结果表明,车内检测数据能及时动态地传送到地面检测中心,同时自动检测分析无线通信状态,且数据的无线覆盖范围也较大,真正填补了WLAN在数据覆盖范围上的空白。各项数据皆表明,TDiN为确保高铁安全可靠运营和养护维修提供了一种重要技术保障。

伴随着国民经济的快速发展,中国城市轨道交通建设正在进入一个快速有序的发展阶段。2012 年以来,国家发改委密集批复25 个轨道交通建设规划,涉及18 个城市,总投资规模逾8,227 亿元,据预计,到2015年,全国城市规划交通总投入将达1.2 万亿元,建成地铁93 条,总里程达2700 公里,如此大规模轨道交通建设将会为中国信息化未来发展提供重大机遇和巨大的发展空间。

数字化煤矿、石油通信专网以及其他行业专网的建设加快了各行业通信信息化的发展步伐,为解决企业安全生产通信以及提高应急通信能力奠定了坚实的基础。TDeN以及TDiN作为大唐移动在物联网传输层提供的解决方案必将更有力的促进行业信息化的发展,进一步实现两化融合,提升企业工作效率。 图片 3

新兴的行业必然带来更加广阔的市场机会,而先进的技术和解决方案也为新兴行业的快速发展奠定了基础。大唐移动凭借TD-LTE车地无线通信解决方案,将轨道交通市场和客户的需求充分与先进的无线通信技术相结合,必将为助推城市轨道交通高速发展提供“无线”动力。 图片 4

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