TD-LTE技術在哈拉哈塘二期產能工程中的應用

　大慶油田工程有限公司

TD-LTE技術在哈拉哈塘二期產能工程中的應用

張雪飛大慶油田工程有限公司

TD-LTE技術作為4G技術的一種，其網絡結構為扁平化，將OFDM（正交頻分調制）技術與MIMO（多輸入/多輸出）技術相結合，大大提高了整個網絡傳輸速率、小區邊緣速率及頻譜利用率。TD-LTE基站采用分布式基站系統架構，設備安裝方便，擴容靈活，網絡覆蓋能力增強。哈拉哈塘二期產能油田區塊環境復雜，風沙活動頻繁，光纖部署網絡費時費力，選用TD-LTE技術組網便于現場施工，既節省了建設投資，又便于今后油田業務的擴展。

TD-LTE技術；4G技術；哈拉哈塘油田；分布式基站；網絡結構

1　TD-LTE網絡

1.1網絡核心技術

2004年11月，3GPP（第三代合作伙伴項目）組織在魁北克的會議上決定開啟改進3G系統的研究項目，對4G技術的TD-LTE系統需求形成了初步意見。TD-LTE系統作為一種先進的技術，在提高峰值數據速率、小區邊緣速率、頻譜利用率，降低建設和運營成本、延時方面進行優化。

TD-LTE系統關鍵技術由OFDM（正交頻分調制） 和 MIMO（多輸入/多輸出） 裝置組成[1]。OFDM技術具有抗干擾能力強、技術實現簡單、帶寬分配靈活、頻譜利用率高等優點；MIMO技術是利用多天線系統的空間信道特性，同時傳輸多個數據流，從而有效地提高數據速率和頻譜效率。

1.2網絡結構

為了降低用戶平面的延時，滿足低延時（控制面延時小于100ms，用戶面延時小于5ms）的要求，第三代網絡結構NodeB-RNC-CN必須簡化。TD-LTE網絡結構主要由EPC（核心網）及eNodeB（基站）組成，RNC作為物理實體將不再使用，NodeB將具有 RNC的部分功能，成為 eNodeB。eNodeB之間通過X2接口進行網狀互聯，接入到核心網中[2]。

EPC核心網主要由MME（移動性管理設備）、S-GW（服務網關）、P-GW（分組數據網關）、PCRF（策略控制單元）等組成。其中，MME負責移動性管理、信令處理等功能，S-GW負責媒體流處理及轉發等功能，P-GW負責承擔網關職能，PCRF負責提供策略與計費控制[3]。TD-LTE網絡架構見圖1。

圖1　TD-LTE網絡架構

eNodeB主要由室內與室外設備兩部分共同組成。室外設備包括RRU（遠端射頻模塊Remote RadioUnit）、無線天線；室內設備是BBU（室內基帶處理單元BuildingBasebandUnit）。兩者之間的基帶數據和信令數據通過光纖傳輸。eNodeB結構劃分示意圖見圖2。

圖2　eNodeB結構劃分示意圖

TD-LTE網絡的改變使整個體系趨于扁平化，同時減少接口，降低了成本，對設備維護管理更加方便。

1.3技術優勢

由于TD-LTE將OFDM與MIMO技術相結合，并且網絡結構實現了扁平化，因此TD-LTE技術有以下幾點優勢：

（1）系統支持1.4/3/5/10/15/20MHz多種帶寬。

（2）下行使用OFDMA，最高速率可以達到150Mbit/s；上行使用OFDM衍生技術SC-FDMA（單載波頻分復用），最大速率可以達到50Mbit/s[3]，能滿足油田生產管理需要。

（3）將智能天線與MIMO技術相結合，提高系統在不同應用場景的性能。

（4）應用智能天線技術，降低小區間干擾，同時提高小區邊緣用戶的服務質量。

2　TD-LTE技術優勢

2.1技術應用背景

哈拉哈塘油田二期產能建設區行政上隸屬于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區沙雅縣，位于新疆維吾爾自治區西南部，北靠天山，南擁大漠，地理環境復雜，風沙浮塵天氣活動頻繁。

本區塊共部署2座轉油站、2座清管站及78口井。井場至各所屬站場間直線距離為0.5～10km。項目要求每座井場的SCADA生產數據與視頻圖像業務需上傳至本區域主控室。

通過將TD-LTE與其他幾種無線傳輸技術以及光纖傳輸技術進行對比，選出適合哈拉哈塘油田二期單井數據傳輸的最優技術。

2.2TD-LTE與其他無線傳輸方式技術對比

TD-LTE技術與其他幾種無線傳輸方式技術對比見表1。

由表1可見，無線網橋更適合于點對點之間數據傳輸，WIFI覆蓋半徑為100m，McWill帶寬無法滿足多單井同時傳輸視頻的要求。

2.3TD-LTE與光纖傳輸方式對比

TD-LTE技術與光纖傳輸方式對比見表2。

由于TD-LTE技術具有抗風沙等環境能力強、可擴展性靈活、施工簡易、帶寬容量大且投資較低等優勢，哈拉哈塘二期產能區塊單井數據傳輸將采用TD-LTE技術搭建通信通道。

表1　TD-LTE與其他無線傳輸方式技術對比

表2　TD-LTE與光纖傳輸方式對比

3　TD-LTE組網方案

3.1網絡總體布局

（1）結合區塊地形地貌及工程建設的站場部署，本項目中共建設4座TD-LTE無線基站，分別設在1#轉油站、2#轉油站、1#清管站及2#清管站。

（2）系統網絡業務以上行為主，上、下行子幀配比使用3∶1，特殊子幀配比10∶2∶2。

（3）系統采用1800MHz，20M同頻組網。基站采用分布式結構，應用射頻塊拉遠技術，可以獨立安裝、擴容，便于靈活部署及增強覆蓋能力，以適應將來油田各種網絡建設需求。

（4）系統核心設備與基站之間支持IP傳輸，核心設備可對分組數據進行IP地址的分配和管理，可進行不少于36個基站同時在線傳輸。

3.2基站部分

工程中，基站所轄井場分為重點井場與普通井場兩種。重點井場設置2臺監控攝像機，普通井場設置1臺監控攝像機，每臺攝像機以D1（2Mb/s）格式存儲，SCADA生產數據以100kbit/s計算，重點井場所需要的傳輸速率為4.1Mbit/s，普通井場所需要的傳輸速率為2.1Mbit/s。經計算，1#轉油站基站總帶寬為119.7Mbit/s；2#轉油站基站總帶寬為68.4Mbit/s；1#清管站基站總帶寬為16.6Mbit/s；2#清管站基站總帶寬為45.1Mbit/s。

工程中，室外RRU采用雙通道設備，每個RRU可以外接2套天線，單小區最大數據上行速率為50Mbit/s，因此單基站單個RRU可達上行速率為100Mbit/s。根據4個基站所需總帶寬配置，計算出各基站RRU及室外天線配置數量，見表3。3.3用戶終端部分

表3　各基站設備配置

基站所轄井場各設置2套TD-LTE用戶終端，1套用于傳輸SCADA生產數據，1套用于傳輸視頻圖像數據。網絡核心設備將兩種業務各分配1個IP地址，兩個地址屬于不同的網段。兩種業務通過獨立的GTP-U隧道協議，隔離傳輸至無線網絡核心設備，以防止兩種業務互相串擾。

4　結語

（1）綜合考慮哈拉哈塘二期產能區塊地理環境及氣候環境等因素，工程中選用基于4G技術的TD-LTE無線技術作為井場數據傳輸的通信方式。

（2）TD-LTE無線網絡覆蓋廣，帶寬高，能滿足生產管理要求；網絡全天候穩定可靠；基站可快速部署，輕松維護，可擴展性強，適用于油井開發區塊。

（3）系統解決了哈拉哈塘油田地形復雜、光纖網絡部署費時費力、維護困難等難題，為油田數據傳輸提供了一個穩定、可靠的高帶寬網絡。

[1]華燕．TD-LTE關鍵技術及發展趨勢探討[J]．中國新技術新產品，2011（15）：3.

[2]王令侃．TD-LTE技術發展與其應用[J]．移動通信，2011（6）：56-57.

[3]鄔建軍．淺析TD-LTE基站組網模式及天饋解決方案[J]．廣東通信技術，2011（10）：15-16.

（0459）5903240、zhangxuefei@petrochina.com

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.022

張雪飛：工程師，碩士研究生，2008年畢業于哈爾濱理工大學通信系統工程專業，現從事通信專業設計工作。

2015-06-03