高速公路GeLTE无线宽带通讯解决方案

一、方案概述

1、GeLTE简介

      GeLTE采用OFDM、MIMO和扁平化网络架构等技术,系统峰值速率下行100M、上行可达50M,是传统3G的几十倍。

  GeLTE具有很好的扩展性,可以和其它现有的网络互连互通。

     GeLTE代表着现代移动通信技术的发展方向,将提供更宽的带宽,更高的数据速率和更好的用户体验。    

2、GeLTE优势

1)安装便捷:

  一般在网络建设中,施工周期最长、对周边环境影响最大的,就是有线网络施工工程。从工程实施看,复杂的公路沿线环境给工程的实施带来很大难度,在施工过程中,往往需要破墙掘地、穿线架管。而无线网络最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量,一般只要安装一个或多个接入点设备,就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。

2)高速移动性:

  在有线网络中,网络设备的安放位置无法移动;而WLAN无线网络在用户高速移动时无法有效接入。

TD-LTE系统支持在多小区间的移动和切换。在高速场景(15~120km/h)下能够实现较高的性能,并且能够支持更高速度(120~350km/h)下的移动性。

3)节约成本:

  由于有线网络缺少灵活性,这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要,这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划,又要花费较多费用进行网络改造。而无线网络可以避免或减少以上情况的发生。

4)易于扩展:

  无线网络有多种配置方式,能够根据需要灵活选择。这样,无线网络就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络,并且能够提供 “漫游”等有线网络无法提供的特性。


二、总体方案

1、需求分析

  

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      广韶高速公路位于中国广东省,是国家五纵七横规划项目中京港澳高速公路广东省境内的重要组成部分。广韶高速北起韶关市乐昌市小塘,接京港澳高速耒宜段,途经曲江、翁源县翁城、清远市英德、佛冈、广州市从化、花都,南止于广州市白云区太和镇,与广州北二环高速公路和华南快速干线相连。全长310公里,总投资为91.34亿元,韶关南至太和路段为双向六车道,其余为双向四车道,实行分道限速,最高时速为100公里。

      全线有特大桥2座,大桥27座,中桥40座,小桥68座,隧道5处,涵洞609道,通道276道,高边坡246处。分别在韶关、马坝、、钟落潭和太和等设置十四座互通式立交。

      项目需要沿高速公路部署LTE无线基站,完成公路及两旁的无线信号覆盖,实现路面视频实时监控通信、路政移动执法人员的指挥调度和执法数据的实时上传;同时,实现沿线客车和货车的车载设备数据采集的实时上传,并把LTE信号转换为WIFI信号连接车内其它通信设备。






    2、方案设计

    2.2.1 方案网络拓扑

    根据需求,网络拓扑结构如下图所示:



    2.2.2 方案介绍

    1、根据工信部的无线电频率划分规定,无线网络系统采用1785-1805MHz频段作为网络频段,系统基站设备和应用终端都按照1800MHz频段规划。

    2、所覆盖的道路总长度约310公里,需要采用XXX台1.8GHz的LTE 5W微基站和一体化基站进行覆盖。

    3、在覆盖道路的适合位置选取高点,最好是高杆路灯,便于架设基站,设备拉光纤和取电。每个站点架设两台5W(双通道,单通道2.5W)室外型微基站,上联网口基站选址注意道路的走向、拐弯,和沿途地貌,隧道和桥梁的站点要特别设计。

    Smallcell天线安装图


    接线盒装配示意图

    4、在车流量少,偏远山区采用利用现场取电和光纤资源,尽量在高地一体化基站5-10公里远距离覆盖。

    5、每台基站连接采用一副高增益、窄波束的双极化定向天线,天线挂设在高杆高处,避免有建筑物和树木遮挡。

    6、高速公路两侧交替安装微基站,覆盖区域为波束宽度60°的扇区区域,并调整天线下倾角度,使得每个基站覆盖范围为1000-1500米。

    7、核心网设备部署于指挥中心机房,所有基站通过光纤接入主交换机,与核心网设备连接;并且,核心网设备通过主交换机与各种后台应用服务器连接,如视频服务器、网管服务器等。

    2.2.3 覆盖场景

    1、常规高速公路

    单站覆盖示意图

    一个站址部署两套基站,每套基站各接一副高增益窄波束的定向天线,两副天线背靠背沿道路走向照射,覆盖区域为波束宽度60°的扇区区域。

    多站覆盖组网图

    2、公路隧道

    公路隧道覆盖可根据隧道长短,采用不同的覆盖方式。

    短隧道(1km以内)网络信号需要覆盖较短,可以直接采用在隧道口处部署安装一体化基站和高增益窄波束定向天线进行覆盖。根据隧道长度、拐弯,及实际测试情况,可选择在其中一个隧道口部署,还是两端隧道口都部署。

    长隧道网络信号需要覆盖较长,在隧道中沿途部署多个小功率的一体化基站,接力覆盖,确保隧道内外信号的顺利切换。

    2.2.4 无线网络设备

    根据现场情况,覆盖区域街道总长310公里,每台基站覆盖范围1500米,在考虑到街道拐弯的情况下,所需的基站数量为200台,每台基站连接的最大用户为128个,总数据带宽为3Gbps。

    根据基站数量和用户数量,核心网采用KTEPC150,具有连接最大160台基站和50000用户的能力。

    三、LTE无线专网主要产品简介

    3.1 核心网设备

    核心网服务器主要完成基站和终端的配置、接入、交换和控制的管理,包括MME,SGW,PGW和HSS四个网元。

    核心网设备KTEPC150如下图所示。

    性能参数:


    紧凑型核心网
    KTEPC150
    特性
    5U6S ATCA机箱, MME/SGW/PGW/HSS 4合1
    指标名称
    性能参数
    冗余备份
    最大基站数
    160
    MME最大用户数
    50,000
    SGW最大用户数
    50,000
    PGW最大用户数
    50,000
    HSS最大用户数
    50,000
    每个SGW的最大吞吐量
    6,000Mbps
    每个PGW的最大吞吐量
    6,000Mbps


    3.2 微基站设备

    3.2.1 基本功能说明

      利用 LTE 无线传输技术为客户提供灵活的无线通信解决方案,利用 LTE 组建基于无线通信传输接入和无线音视频及物联传感网络。从行业应用分析,专业应用服务变得多样化,有机动应急通信、区域多媒体通信、移动执法图传、危险品在线监管、作战指挥、周界巡逻、临时军需仓库安防、战区安防、无人机侦查、定点侦查、单兵侦查、车辆巡逻侦查、智慧城市、智慧环保、智慧水利、智慧国土、智慧工地、智能景区等。

    室外微基站


    3.2.2 Smallcell 产品的基本规格

  • 产品制式:LTE‐TDD
  • 频段:1.8G(1785M‐1805M)
  • 容量:支持用户 32 个
  • 时隙配比:DL/UL 2:2 或 1:3 配比
  • 最大发射功率:5W
  • 射频通道数:单收单发
  • 频率稳定度:<±0.05ppm
  • 参考灵敏度:满足 3GPP Local Area Reference Level
  • 工作带宽:20MHz/10MHz


  • 3.2.3 Smallcell 对外接口

    Smallcell 单板与 RF 前端之间是内部接口;

    Smallcell 对外的接口包括:

  • RJ45 x4 (一个 WAN,  两个 LAN,一个调试串口)
  • USIM 卡
  • 电源 12V 输入口;
  • 电源开关;
  • LED 灯两个,一个 LTE 状态灯,一个电源灯


  • 射频前端的主要指标

    TX Electrical Specifications


    3.3 宏基站设备

       基站采用一体化设计思想,主要由基带控制单元(BBU)和远端射频单元(RRU)组成,简洁,操作维护简单。为专网通信市场各行业如地铁、隧道、矿山、石油、港口、武警、人防、应急等固定环境下以及移动环境下的提供无线覆盖解决方案,具有布网灵活、安装方便、操作简单、维护成本低等特点;基站在统一的平台下实现多种业务的支持,既能够满足市场对新技术、新业务需求,又具有良好的扩展性。

      基站具有强大的业务支持,如语音、视频通话、短消息、视频回传等;具有广泛的应用,如公共安全、应急通信、平安城市无线监控和通讯、森林防火和野外救援、电力和能源的无线通信传输等。

      基站输出功率为5W,尺寸为:240mm X 200mm X 50mm,无穿损的覆盖距离达到1.5KM。

      一体化基站外观如下图所示:

    微基站1

    3.4 基站天线

      基站天线是专用的1800MHz双极化定向板状高增益天线,具有60°的窄波束,对带状信号覆盖有突出的效果。

    3.5   4G CPE转Wifi终端

    图1  4G云路由

    3.5.1产品特点

    3.5.1.1 工业级应用设计

  • a) 采用高性能工业级无线模块
  • b) 采用高性能工业级通信处理器
  • c) 采用金属外壳
  • 3.5.1.2 稳定可靠

  • a) 看门狗设计,保证系统稳定
  • b) 采用完备的防掉线机制,保证数据终端永远在线
  • c) 以太网接口内置15KV电磁隔离保护
  • d) SIM卡接口内置 15KV ESD 保护
  • e) 电源接口内置反相保护和过压保护
  • f) 天线接口防雷保护(可选)
  • 3.5.1.3 标准易用

  • a) 提供标准以太网和 WIFI 接口,可直接连接以太网设备和 WIFI 设备
  • b) 提供标准有线 WAN 口(支持标准 PPPOE 协议),可直接连接 ADSL以及光猫等各种设备
  • c)提供中心管理软件,方便设备管理
  • d) 使用方便,灵活,多种工作模式选择
  • e) 方便的系统配置和维护接口(包括本地和远端)




    图2 应用场景

  • 3.5.1.4 功能强大

  • a)  支持多种 WAN 连接方式,包括静态 IP,DHCP,L2TP ,PPTP,PPPOE,4G。
  • b)  支持 LTE和有线 WAN 双链路智能切换备份功能;也可以在4G和有线间实现负载均衡、QOS、流量控制等功能;
  • c) 支持 VPN client(PPTP,L2TP,OPENVPN,IPSEC 和 GRE)(注:仅 VPN 版支持)
  • d) 支持 VPN sever(PPTP,L2TP,OPENVPN,IPSEC 和 GRE)(注:仅 VPN 版支持)
  • e) 支持远程管理,SYSLOG、SNMP、TELNET、SSHD,HTTPS 等功能
  • f) 支持本地和远程在线升级,导入导出配置文件。
  • g) 支持 VLAN,MAC 地址克隆,PPPoE 服务器。
  • h) WIFI 支持 802.11b/g/n,支持 WIFI AP、APClient,中继器,中继桥接和 WDS 等多种工作模式(可选)
  • i) WIFI 支持 WEP,WPA,WPA2 等多种加密方式,支持 RADIUS 认证,MAC 地址过滤等功能。
  • j) 支持 APN/VPDN
  • k) 支 持 多 路 DHCP server 及 DHCP client ,DHCP 捆绑 MAC 地址,DDNS,防火墙,NAT,DMZ 主机,QoS,流量统计,实时显示数据传输速率等功能.
  • 3.5.2 产品规格

    3.5.2.1 4G部分

    项  目
    参数属性
    备 注
    4G模块
    工业级无线模块

    空中接口
    TDD LTE(可选);
    FDD LTE(可选);





    3.5.2.2 Wifi部分

    项  目
    参数属性
    备 注
    空中接口
    支持802.11b/g/n协议标准;

    频段

    2.4G(5G可选)


    吞吐量

    支持最大300Mpbs和150Mbps(可选)


    最大发射功率
    21dBm(发射功率可定制)


    3.5.2.3 GPS部分

    项  目
    参数属性
    备 注
    空中接口
    GPS/GNSS/BD(可选)


    3.5.2.4 基本功能

    功 能
    技 术 规 格
    流量经营及带宽管理
    可控制4G网关总的上行、下行带宽-本地实现;
    可控制单用户每天接入的总流量(带宽)-网管配合;
    可控制单用户使用时长-网管配合;
    双路由冗余
    配置
    设备须支持快速线路检测技术;
    设备可以设置为五种路由模式:
    仅有线;(2)仅4G;(3)4G主用/有线备用;(4)有线主用/4G备用;(5)负载均衡;
    可根据实际应用需要,实现有线链路和4G链路快速备份切换;
    VPN功能
    支持L2TP协议;
    L2TP可配置以下参数:服务器IP地址、用户名、用户密码、隧道名和隧道密码。
    安全
    支持ACL报文过滤;
    支持防ARP攻击;
    防DOS攻击;
    支持MAC地址限制、MAC与IP绑定等功能;
    QOS
    支持四级QOS分类,流控拥塞避免等技术,支持精确的流量管理功能;
    可针对应用层软件进行QOS分类。
    本地管理
    配置管理方式( Web,Telnet,SSH,Console);
    支持L2TP功能、LAN口及空口IP配置;
    软件重启;
    上报故障告警、历史告警记录查询;
    查看终端上线时间、工作状态、上线数量和流量。
    远程网管
    能够中心下发配置;
    上报WIFI和VPN状态;
    批量软件远程升级;
    白名单配置
    支持访问白名单列表,阻止非白名单访问;
    端口要求
    可提供1个TD-LTE接口,1个10/100M LAN口,可配置1根外置高增益吸盘式天线,解决信号屏蔽问题;
    软件功能
    • 支持Portal页面推送功能及本地WEB配置界面;

    • 在带WIFI功能,可以用手机通过WIFI,现场获取4G网关状态和进行配置(根据需要可设置关闭);

    • 本地WEB配置界面可根据客户要求定制。


    3.5.2.5 供电部分

    项  目
    参数属性
    备 注

    供电

    12V1.5A

    输入电压

    桌面型12V,车载型7~32V


    功耗

    峰值功耗:9W

    平均功耗:5W



    3.5.2.6 物理特性

    项  目
    参数属性
    备 注

    工作温度

    -25℃~+65℃(车载型)
    -0℃~+40℃(普通型)

    湿度

    95%(无凝结)