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LTE转WLAN应用项目

智慧佛山LTE转WLAN应用项目


项目简介:

简要描述成果目的和意义,解决的问题,取得的社会和经济效益。

中国移动董事长奚国华在2013年世界移动通信大会上发布了中国移动TD-LTE“双百”计划。针对目前现状,佛山市移动积极响应集团加快TD-LTE 4G网络商用和佛山市市政府加快“无线城市、智慧佛山市”应用快速发展的号召,在佛山市启动了TD-LTE试验网建设,拟定完成地铁、高校、政府、媒体、机场、火车站及公共热点区域等重要场所的4G网络建设。

本创新项目基于现在最领先的TRIZ创新原理中的预先作用原理及事先防范原理,以前瞻的视角,预先从安全性、可行性、合理性等多方面考虑,制定了公交、地铁、公共热点区域等典型场景的应用解决方案,并进行了相关的实践验证,能有效弥补建网初期终端普及率不高,满足了4G市场推广的需求,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度,扩大了社会影响;同时满足下一步大规模组网研究的需求,为佛山市移动积累网络规划和建设的经验具有重要意义。


  省内试运行效果:

描述成果引入后在本省试运行方案、取得的效果、推广价值和建议等。

佛山市移动积极响应集团和政府号召,在佛山市开展了TD-LTE地铁、高校、政府、媒体、机场、火车站及公共热点区域等重要场所的4G网络布局,4G试验网工作的开展满足市场推广的需求,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度,扩大了社会影响;同时满足了佛山市公司下一步启动的大规模组网研究的需求,积累网络规划和建设的经验。其应用效果如下:

一是基于TRIZ创新原理中的预先作用原理(prior action)和事先防范原理(cushion in advance),以前瞻的角度,预计到后期实际应用的各类需求,预先从安全性、可行性、合理性等多方面考虑,提出相应典型场景的应用解决方案,有效指导后期的工程安装及应用。

二是充分利用4G网络无线方式回传,能有效弥补建网初期终端普及不高,有效解决了公交、地铁等移动场景和固定热点区域场景有线传输资源难以到位的难题,从而快速抢占市场,实现低成本建站,有效解决WLAN网AP热装冷用,起到“热点探针”作用,这种做法可以让建设投资更加有效。

三是满足了4G市场推广的需求,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度,扩大了社会影响;同时满足下一步大规模组网研究的需求,积累网络规划和建设的经验。


背景情况

2012年,佛山市移动积极响应集团加快TD-LTE 4G网络商用和佛山市市政府加快“无线城市、智慧佛山市”应用快速发展的号召,在佛山市“市民之家”、地铁二号线、佛山市省博物馆、佛山市省美术馆、佛山市省图书馆率先建成4G网络,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度。

2013年,佛山市市政府为加快“无线城市、智慧佛山市”应用快速发展,把“公交上应用推广免费WiFi网络”列为“十件惠民实事”之一。佛山市移动在佛山市TD-LTE试验网拟定完成地铁、高校、政府、媒体、机场、火车站及公共热点区域等重要场所的4G布局,4G试验网工作的开展满足市场推广的需求,扩大社会影响,同时满足下一步大规模组网研究的需求,积累网络规划和建设的经验。同时,传统WLAN网络采用有线传输方式主要覆盖固定场所,而在移动性场景中,在TD-LTE部署初期终端产业链不成熟的情况下,利用TD-LTE转WIFI实现在公交、地铁移动场景及公共热点固定区域提供WIFI信号覆盖,将助力“无线城市、数字佛山市”的快速发展。

二、技术方案

(1 TD-LTE转WIFI总体部署方案

(二)典型场景应用及实践

1、公交车场景

TD-LTE转WIFI最主要应用公交车场景,佛山市公司在佛山市选取537公交线路作为应用试点。佛山市537路公交线路全长约25公里,沿途停靠26座站。全线共配置33台车,其中单层车29台,双层车4台。本次试点主要在33台车上安装TD-LTE转WiFi热点网关设备实现全线WIFI信号覆盖。

(1)佛山市537公交WIFI设备安装方案

 根据对佛山市537路车现场勘查,单层在车头区域有2种可实施方案,一是隐蔽式安装,二是壁挂安装;双层车分别在下层和上层有一种实施安装方案。具体如下:


车型

安装方案

方案描述

优点

缺点

单层

隐蔽式安装

设备安装至LED广告仓右侧,靠近车门侧,可以就近从电子广告板的24V车载电源空余供电端子供电

设备不直接暴露在外面,不影响整车美观,乘客不能直接接触设备,设备意外损坏的概率低

设备藏到车头区域顶部LED广告仓内,设备维护时需要打开边厢,不便于操作

壁挂式安装

设备安装在司机座椅后部挡板上部,采用套管走线,从电子广告板的24V车载电源空余供电端子供电

设备放置在司机座椅后部挡板上部,安装操作简单、设备维护相对方便

设备安装位置前端,后期如果安装液晶显示屏,对Wifi信号存在一定阻挡。此设备外置,安全性较差

双层

下层安装

在司机座椅后部挡板下区域,进行壁挂式安装,挡板上部预留给液晶显示屏。采用套管沿扶手走线,从电子广告板的24V车载电源空余供电端子供电

设备放置在司机座椅后部挡板上部,安全性较高

信号仅能覆盖下层,上层部分区域不能满足覆盖要求

上层安装

在前部上层楼梯口处LED显示屏下方,可以安装定制挡板,在挡板上进行设备壁挂安装,电源线采用套管走线,沿扶手接入上方显示屏的供电端子中,此方案需要定制安装挡板

由于在前部上层楼梯口处,信号可以通过楼梯口有效兼顾到下层,在并发用户不超过20人上限的运营初期,可以采用一台设备满足全车覆盖需求

需要特别订制与公交车上层护栏相匹配的挡板,且设备不在司机视野范围内,安全性较差


(2)佛山市537公交WIFI设备取电安全方案

TDFI设备整机按照车载24V电源系统设计,输入电压范围和负极搭铁可以满足国内主流公交场景应用,整机最大功率不超过15W,最大电流小于1A。

  为保证TDFI设备与车载电源系统的安全可靠,避免电源线在施工中和运行中的意外短路,设计中创新提出在车载电源端24V+线上串接防水型保险座和Mini 插片保险丝(5A),确保设备运行安全。电气接线示意图和具体实物图如下图所示:

(3)佛山市537公交WIFI设备防盗方案

    WIFI设备通过网络侧将SIM卡与WIFI设备编号绑定,保证SIM卡被盗后不能使用于其他终端上;同时通过小区绑定功能在网络侧将WIFI设备编号与537公交沿线TD-LTE基站小区绑定,保证WIFI设备被盗后不能使用于其他非授权场所。

(4)佛山市537公交WIFI覆盖容量估算

根据到公交集团的实地调查情况,佛山市537线路早上6点发车、晚上9点20分收班。单层车一般乘客为50人,高峰期一般乘客为70人,双层车一般乘客为60人,高峰期一般乘客为90人。依据佛山市WLAN热点应用模型中最高的50%渗透率及50%并发率计算,容量估算如下:

车型

一般乘客数

高峰乘客数

用户渗透率

用户并发率

最大用户数

建议设备数量

备注

单层

50

70

50%

50%

18

1台

双层

60

90

50%

50%

23

1台

考虑到初期用户量不大,暂时安装一台设备


(5)安装及测试情况

    目前,上述方案已经通过佛山市公交集团的认可,已完成本线路车辆内WIFI设备安装。具体安装及测试情况如下:

   1)单层车安装及施工工艺

单层车经与公交集团协商,最终确认采取隐蔽式安装方式,在车头部的电子广告仓后方打孔,采用6mm*12mm的螺丝将设备固定安装在车头部电子广告版内部,为此专门定制了150mm*150mm*2mm的钢制安装挡板便于固定和防震,设备安装件及安装位置图如下:

 

   设备电源线并入车载电子广告版的24V电源线中,并在24V+线上串接防水型保险座和Mini 插片保险丝(5A),提高了安全性。如下图:

2)双层车安装及施工工艺

双层车经与公交集团协商,最终确认在层LED显示屏下方,通过安装定制挡板,在挡板上进行设备壁挂安装的方案。为此专门定制了700mm*500mm*2mm的钢制安装挡板便于固定和防震,设备安装件及安装位置图如下:

设备电源线并入车载电子广告版的24V电源线中,并在24V+线上串接防水型保险座和Mini 插片保险丝(5A)。

3)测试情况

设备安装好后,经测试可以正常接入TD-LTE网络,全车内信号场强良好,普遍在-60dBm以上,FTP下载平均速率可达25M/s以上,完全满足覆盖要求。


测试终端

测试部位

测试场强(dBm)

目标场强(dBm)

FTP下载平均速率(M/s)

是否达标

手机

公交车前部

-40

-70

 

公交车中部

-46

-70

 

公交车后部

-53

-70

 

笔记本

公交车前部

-30

-70

25.1

公交车中部

-39

-70

29.5

公交车后部

-45

-70

27.3



2、地铁场景

佛山市移动率先在佛山市地铁二号线实现了4G信号覆盖,由于受终端普及及2.4G频点干扰安全因素影响,目前还未能实现用户用体验。佛山市移动正积极探索研究满足地铁运营安全的TD-LTE转WIFI应用解决方案。

1)地铁二号线TD-LTE网络覆盖场强图


2)地铁TD-LTE转WIFI覆盖应用方案研究

佛山市地铁二号线现有的DCS(Distributed Control System集散控制系统)信号控制系统是实现CBTC系统车载与轨旁信号设备之间的连续的冗余的无线通信系统。DCS系统利用2.4GHz公用频段,采用红、蓝两套互为冗余的无线网络,红、蓝网分别选用CH2(2417MHz),CH13(2472MHz)频点,每个频点各占用5MHz频宽。占用的频段和带宽如下图所示。

图一 DCS信号系统位置图

图二 DCS占用的频段和带宽

地铁WIFI设备,上行采用TD-LTE回传,下行采用WLAN做覆盖。WLAN在2.4GHz使用的频段为2.4GHz-2.4835GHz,收发采用相同的频率,能提供13个可选频点。在WLAN覆盖中,每个信道占用20M带宽,为了避免相邻小区的无线干扰,覆盖选用的相邻信道两个中心频率的间隔,至少应为25MHz。一般选用1、6、11三个频点,完成平面区域的覆盖。对于地铁“一”字覆盖场景,为密闭车间,目前只能选择一个信道,规避对地铁现有DCS信号控制系统的影响。具体的13个频点如下图所示:

图三 2.4GHz频段下的13个频点

从地铁的DCS信号控制系统分布可以看出,DCS占用了2、13两个子信道,这两个信道正好占用WLAN公用频点。由于DCS信号控制系统是地铁最重要的控制系统,它承载着地铁安全运营的重要任务。乘客携带大量带有WIFI功能的智能手机和平板电脑乘坐地铁,是不可避免的,为了地铁DCS信号控制系统的安全运行,以及TD-LTE转WIFI覆盖的顺利实施,经过分析以下两种方案可供参考:

方案1:建议DCS控制系统更换到其他频段,以保证地铁DCS信号控制系统的安全运行。比如北京等地铁运行线路,采用5.8G的频段运行DCS控制系统,可以从根本上避免上述问题。

方案2:经与地铁信号设计单位了解,地铁DCS信号控制系统信号覆盖在车厢外部,主要部署在车头和车尾,不涉及到车厢内部的覆盖。因此,地铁二号线WIFI信号覆盖采用CH7(2442MHz)或CH8(2447MHz)信道进行同频组网,通过WLAN设备的功率控制,以及车体本身的隔离来实现DCS信号控制系统与WLAN覆盖足够的空间隔离度,避免相互的干扰。这个方案的实施,需要与地铁业主方、DCS系统设计的卡斯柯信号公司进一步测试论证。


3、公共热点固定区域

佛山市移动在佛山市“市民之家”、佛山市省博物馆、佛山市省美术馆、佛山市省图书馆等热点区域率先建成4G网络,通过TD-LTE转WIFI信号方式,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度。

在以上公共热点区域,参照WLAN独立AP布放的原则对TD-LTE转WIFI热点网关设备进行布放,设备多采用暗装的方式,每台设备约可覆盖1000平方米左右的空旷区域,可同时支持20个并发用户。同时在醒目的位置设置宣传版和展示区便于用户进行接入体验。



三、主要效果和解决的问题

1、基于TRIZ创新原理的典型场景应用方案,科学、合理、有效

TRIZ是“发明问题解决理论”的俄文缩略词的英译,是基于知识的、面向设计者的创新问题解决系统化方法学,共有40种创新理论。本项目基于其中的预先作用原理(prior action)和事先防范原理(cushion in advance),以前瞻的角度,预计到后期实际应用的各类需求,预先从安全性、可行性、合理性等多方面考虑,提出相应典型场景的应用解决方案。

典型场景

应用方案

TRIZ创新原理

原理描述

公交

设备安装方案

预先作用原理

从不同安装位置的优缺点预先判断比较,提出最可行和合理的安装方案

设备防盗方案

事先防范原理

从后期被盗的可能性考虑,提出针对的防范性防盗措施

设备取电方案

事先防范原理

从取电可能导致的问题入手考虑,提出相应的安全取电方案

地铁

频段设置方案

事先防范原理/预先作用原理

从现有的地铁系统控制频段与WIFI频段的对比,从后期可能导致的问题入手,预先提出相应的频段设置策略进行规避

公共热点区域

设备布放方案

预先作用原理

预先借鉴WLAN独立AP的布放原则,提出相应适用的TD-LTE转WIFI设备布放方案

2、快速抢占市场,做好“热点探针”

TD-LTE转WIFI典型场景应用解决方案,充分利用4G网络无线方式回传,能有效弥补建网初期终端普及不高,有效解决了公交、地铁等移动场景和固定热点区域场景有线传输资源难以到位的难题,从而快速抢占市场,实现低成本建站,有效解决WLAN网AP热装冷用,起到“热点探针”作用,这种做法可以让建设投资更加有效。

3、扩大社会影响,积累网络规划及建设经验

TD-LTE转WIFI典型场景应用解决方案,满足了4G市场推广的需求,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度,扩大了社会影响;同时满足下一步大规模组网研究的需求,积累网络规划和建设的经验。


四、应用推广情况

佛山市移动积极响应集团和政府号召,在佛山市开展了TD-LTE地铁、高校、政府、媒体、机场、火车站及公共热点区域等重要场所的4G网络布局,4G试验网工作的开展满足市场推广的需求,为广大市民抢“鲜”体验了中国移动4G的超快速度,扩大了社会影响;同时满足了佛山市公司下一步启动的大规模组网研究的需求,积累网络规划和建设的经验。

佛山市公司充分利用TD-LTE转WIFI在公交、地铁移动场景及公共热点固定区域提供WIFI信号覆盖,加快了4G网络全省部署及业务渗透,有效地提升了四网协同数据分流效果,助力了“无线城市、数字佛山市”快速发展。


文章分类: 成功案例