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普天TD-LTE230系统行业应用显身手

2014-09-24  来源:人民邮电报  作者:梁春晓

图1:LTE230系统网络架构图

图2:电力业务承载解决方案

图3:油气田生产数据无线采集方案典型应用案例

普天TD-LTE230无线宽带通信系统(简称“LTE230”)采用第四代TD-LTE通信技术研制开发,通过频谱聚合、频谱感知等先进技术将230MHz频谱资源的利用率提高到最大,具有广覆盖、大容量、安全性高等特点,能够满足物联网建设中各种过程生产环节的数据采集需求。其中,普天LTE230系统目前已在国家电网、南方电网、石油等行业建设了多张无线通信专网。

系统架构

LTE230整个系统基于分布式架构设计,具有高度集成化的特点,系统层次清晰、结构简洁可靠。系统主要由核心网(EPC)、基站(eNodeB)、网管系统(eOMC)和终端(UE)等网元设备组成(见图1)。

核心网(EPC)

介于业务主站和无线接入网之间,负责终端认证、终端IP地址管理、移动性管理等终端的网络管理,负责无线接入网与核心网间链路管理,以及业务数据的统一交换控制和传送。

基站(eNodeB)

一端通过空中接口直接和终端连接,另一端通过S1接口和核心网EPC相连,完成空口与地面电路之间的信道转换与桥接,提供无线信号覆盖、终端无线接入控制等功能。

网管(eOMC)

基于智能综合网管平台技术,提供对核心网、基站、终端设备的配置管理、故障管理、性能管理、日志管理、安全管理等功能,用于提高网络运维效率,最大限度地降低网络运营维护成本。

终端(UE)

可直接与行业终端无缝连接,实现业务数据的汇聚和上传、控制信息的下发等功能,支持行业常用的UART接口和以太网接口。

系统特点

广覆盖

由于选择了230MHz频段,LTE230系统具有优秀的覆盖能力,密集城区覆盖可达3km、郊区覆盖可达30km。同样由于频点低,LTE230系统具有较强的绕射能力,实现阴影区甚至地下室的信号覆盖。

大容量

LTE230系统全部终端实时在线,共享资源,每个逻辑小区最高支持2000个终端,单接入设备最多支持6000个终端。由于单基站容纳终端数量的增加,部署和建设成本显著降低。

安全性高

LTE230系统的加密机制遵循LTE规范,从系统设计、网络结构、用户安全层等方面充分借鉴当代最先进的技术成果,能够完整实现多级鉴权、数据加密、NAS信令加密;满足无线通信系统安全传输的需要,同时系统支持用户端到端密码设备,保障用电信息的端到端加密传输。系统可更换成电力等行业专有加密算法,满足行业信息安全要求。

频谱感知技术

目前在同一区域230MHz频段被分配使用的频点较少,因此当LTE230系统受到外部干扰的时候,会自动进行频谱感知,并根据传统230MHz电台的工作特点,采用冲突避让的原则,优先保证传统230MHz电台工作,在传统电台工作完毕后,继续工作,从而提高系统的鲁棒性。

频谱聚合技术

当频谱是离散窄带的时候,可以将每个离散的信道看做一个成员载波,将不连续分配的成员载波进行聚合,并统一分配给一个用户使用,这样可以产生大于原来窄带系统几倍的传输带宽,从而达到宽带传输的效果,整个聚合的过程在中频通过软件无线电技术实现。结合高阶调制等其他通信技术,单个终端的最大上行速率可以达到1.76Mbps/1MHz。

行业应用

电力行业

伴随电网信息化变革步伐的加快,建设具有智能化通信架构的智能电网工作重点已转到配电和用电侧,LTE230在电力行业的应用也随之不断深化,尤其是从2014年开始进入高速发展期。

LTE230系统目前已在电力行业的配用电网络中承载计量自动化、配电自动化等业务,无线专网可靠性、实时性均优于公网,适合重要性高的配网自动化业务、负荷控制业务等,未来将与公网形成优势互补,共同为电力用户提供服务(见图2)。

石油行业

针对油田试采区油气生产物联网无线传输建设需求,LTE230系统以实现油田自动化信息建设为目的,生产数据自动采集涵盖油气水井、计量间、油气处理站库及相关集输管网,通过在井场、站库等现场安装变送器、传感器等数据自动采集装置,实时采集各项生产数据,再通过RTU、DCS等控制器对数据进行存储、处理、读取,为生产运行管理系统、生产指挥系统、管理决策系统等提供及时、准确的数据支撑,达到及时了解生产运行动态、辅助管理决策的目的(见图3)。

电力行业

普天LTE230电力无线宽带系统相继在北京、河北、浙江等地得到示范应用,不断得到企业用户的认可。2014年7月,作为广州供电局中长期发展战略第二步骤“全面提升阶段”(2013~2015年)的重点项目,基于LTE230的“广州供电局花都区电力无线专网”项目开工建设,一期建设目标将实现10个基站、3000个计量自动化终端的接入规模,承载负荷管理、配变监测及低压集抄业务,同时还将接入20个配电自动化终端,以评估无线专网并行承载计量自动化业务与配电自动化业务的运行情况。项目竣工后将覆盖花都主城区的工商企业及民用用户,提高配用电侧全自动化采集的覆盖比例,进而提升广州供电局电网运营能力、企业管理能力、用户服务能力,推进精益化管理,达到用户“见成效、上水平”的预期目标。

石油行业

普天针对石油行业特性和切实需求,将LTE无线通信技术应用到数据采集与传输、流程优化等全过程,正在吐哈油田、华北油田、新疆油田等地建立智慧油田示范网络。其中,玉门油田正处在实现可持续发展的关键时期,作为油气生产物联网建设的重要组成部分,LTE230系统投入使用后,单井数据实时性升级达到秒级,系统调度提升达分钟级,实现了单井、厂站、控制中心的信息通道高速畅通,远程决策更加灵活直观,边远难工区信息可达,为玉门油田实现原油产量攻上100万吨/年、建成300万吨/年特色精品炼厂等发展目标实时把关,使油田生产又好又快地步入和谐发展轨道。

展望与挑战

对于LTE230系统后续的研发、应用工作,普天将同石油、电力等企业紧密配合,研发基于LTE230系统的集群服务器、高效的视频压缩算法,实现可用于调度、指挥的音视频功能,完善基于WiFi技术的移动办公功能;与电力用户一同建立高效的自然灾害和极端气候条件下电网恢复、抢修的通信保障机制,探索可再生能源、分布式电源(分布式发电、分布式储能)等微电网的管理模式;与石油用户不断完善油气生产数据无线采集、作业区监控视频传输方案。

在230MHz无线产品产业化工作上,普天将增加资金和人力投入,加大力度推广产品技术及应用经验,在第一代专用芯片的基础上进一步优化设计,促进LTE230终端市场的成长,与合作伙伴一同做大做强产业链。

作为无线通信设备制造商,普天将一如既往地从技术体制、频谱政策与性能特点、行业规范与政策等用户关注的角度出发,不断提升产品性能,为用户寻找切实可行的解决方案。

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