TD-LTE無線專網系統在黃河下游堤防的實地環境測試研究

袁衛寧 蔡捷

摘 要：本文主要介紹了TD-LTE寬帶無線專網系統，并在黃河下游花園口水文站對該系統進行了實地環境測試。測試結果表明，TD-LTE無線專網系統穩定可靠，大部分設備的覆蓋范圍滿足黃河下游防洪工程安全監測系統對寬帶信息傳輸安全穩定和傳輸寬帶需求。

關鍵詞：TD-LTE寬帶無線專網系統;實地測試;黃河下游通信站點

中圖分類號：TV871;TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）14-0031-03

Research on Field Environmental Testing of TD-LTE Wireless

Special Network System on the Lower Yellow River Estates

YUAN Weining CAI Jie

（Yellow River Water Resources Commission Information Center，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： This paper mainly introduced TD-LTE wireless special network system， and ?did the environmental test at huayuankou hydrology station in lower Yellow River. The test results show that TD-LTE wireless special network system is stable and reliable， the coverage of most of the equipment meets the requirements of the Yellow River downstream flood control project safety monitoring system for the security and stability of broadband information transmission and transmission bandwidth.

Keywords： TD-LTE wireless special network system;environmental test;communication stations in the lower Yellow River

黃河是中華民族的母親河。人民治理黃河以來，特別是新中國成立后，先后對黃河下游進行了大規模治理，初步形成了“上攔下排，兩岸分滯”的下游防洪工程體系。這些防洪工程的建設與完善，確保了黃河下游地區的黃河安瀾（長治久安），保障了國家經濟與社會持續發展和人民生命財產的安全。

通信傳輸系統作為防洪工程安全監測系統的基礎設施，需要提供安全、可靠、滿足帶寬需求的信息傳輸通道。考慮到黃河下游防洪工程點多、面廣、線長的實際情況，同時下游臨黃涵閘的涵閘監控系統，對信息傳輸的安全性和實時性要求極高。因此，通過前期調研和論證，充分利用現有的黃河防汛通信專網資源，采用自建TD-LTE寬帶無線專網系統，提供全方位覆蓋、隨時隨地接入的寬帶信息傳輸通道，提高水利工程監管能力，滿足防洪搶險和現代化、精細化管理需求[1]。

為了充分論證TD-LTE寬帶無線專網系統建設的可行性，并為通信站點規劃和今后的設備選型提供科學依據，2019年4～5月，黃委信息中心特邀6家國內主流設備生產廠商，在黃河下游河南鄭州花園口大堤周邊，對各廠商提供的TD-LTE系統和通信設備進行各種情況下的實地環境現場測試。在現場測試過程中在同種情況下對各個廠商的產品進行測試，并分別記錄和比較分析，從而進一步明確通信站點規劃，為以后選擇可靠、系統穩定、適應黃河下游環境的產品提供第一手資料。

1 TD-LTE無線專網系統技術簡介

TD-LTE無線專網解決方案，是基于成熟第四代移動通信系統（4G）的技術平臺，采用OFDM、MIMO等多種TD-LTE先進技術以及定制的專業寬帶集群技術，同時具有專業集群通信性能、高可靠性和高實時性數據視頻傳輸以及多媒體調度的能力。圖1是TD-LTE無線專網網絡結構框圖。

TD-LTE無線專網的主要特點如下。①采用TDD技術，可充分利用頻譜資源較多的TDD頻段。在占用20MHz頻譜資源的情況下，下行最高速率達到100Mb/s;上行最大速率達到50Mb/s，滿足高速數據傳輸的要求。②TD-LTE無線專網國家分配有專網頻段，不易受干擾，網絡安全性、可靠性高，在發生突發事件時，不會發生網絡擁塞。③提供寬帶無線傳輸，一張網絡同時支持寬帶數據傳輸和集群調度。④可以提供寬帶無線數據傳輸、視頻監控及調度、語音集群調度等多種業務。⑤組網靈活，可擴展性好，支持從單站通信到城市聯網到城際大規模互連等不同規模的組網。

2 測試環境與系統配置

測試地點中心基站位于河南省鄭州市花園口，基站通信鐵塔高度為84m，測試天線掛高42m，鐵塔面臨大堤，測試方向為沿大堤東向、西向、大堤內向等區域的通信項目測試，系統頻譜資源配置為10MHz，使用1.8GHz專網頻段[2]。

設備廠商測試系統配置為：TD-LTE系統基站控制器1套、1.8GHz基站1套、測試車輛1輛，車輛配備6m天線桿;測試終端設備若干（包括CPE、手持終端等）;1 785～1 795MHz扇區天線3面，WiFi全向天線1根;1套數據流量監測軟件DUMETER，FTP測試軟件1套，筆記本電腦2臺、逆變器1臺。

黃委信息中心提供通信機房、通信鐵塔、供電系統，花園口機房至基站光纖拉遠功能測試點的光纜線路、高清攝像頭、視頻系統。

3 測試方法及內容

3.1 基站覆蓋距離測試

測試項目：覆蓋距離測試（終端分增強型、普通型兩種，分別測試）。

測試目的：測試單站單小區拉遠覆蓋能力。

預置條件：系統正常運行，業務服務器正常;系統帶寬配置為10M，上下行子幀配比3∶1;下行傳輸模式TM3;AMC、HARQ和MIMO自適應等功能開啟。

測試步驟：①選擇拉遠路線，規劃從小區近點向遠點方向的拉遠路線;②在拉遠路線起點，一部CPE接入，連接FTP業務服務器進行上行數據業務，記錄在上行速率為4Mb/S時的邊緣點距離基站距離;③在上行速率為4Mb/S時的邊緣點位置，一部CPE接入，連接FTP業務服務器進行下行數據業務，記錄邊緣點的下行流量帶寬;④在拉遠路線起點，一部CPE接入，連接FTP業務服務器進行上行數據業務，記錄在上行速率為2Mb/S時的邊緣點距離基站的距離;⑤在上行速率為2Mb/S時的邊緣點位置，一部CPE接入，連接FTP業務服務器進行下行數據業務，記錄邊緣點的下行流量帶寬。

3.2 基站吞吐量測試

測試項目：吞吐量測試。

測試目的：測試基站的上、下行峰值吞吐量。

預置條件：系統正常運行，業務服務器正常;系統帶寬配置為10M，上下行子幀配比3∶1;下行傳輸模式TM3;AMC、HARQ和MIMO自適應等功能開啟。

測試步驟：在測試站點附近選擇極好點（LTE無線信號強度高于-85dBm，信噪比高于15dB），將一部CPE接入，連接FTP業務服務器進行上行數據業務;保持3min，記錄測試點的上、下行峰值/均值吞吐量。

3.3 傳輸視頻業務質量測試

測試項目：傳輸視頻業務質量測試。

測試目的：測試視頻業務質量。

預置條件：系統正常運行，業務服務器正常;系統帶寬配置為10M，上下行子幀配比3∶1;下行傳輸模式TM3;AMC、HARQ和MIMO自適應等功能開啟。

測試點：上行速率4Mb/S處;在上行速率為4Mb/S時的邊緣點位置，將CPE接入網絡，高清攝像頭上電;基站控制中心通過LTE系統與攝像頭建立鏈接;基站控制中心同時觀察，記錄視頻是否流暢;基站控制中心錄像2min。

3.4 基站光纖拉遠功能測試

測試項目：基站光纖拉遠功能測試。

測試目的：測試光纖拉遠。

預置條件：系統正常運行，業務服務器正常;系統帶寬配置為10M，上下行子幀配比3∶1;下行傳輸模式TM3;AMC、HARQ和MIMO自適應等功能開啟。

測試步驟：①將10km光纖連接BBU與RRU之間;②啟動基站設備;③在設備網管上觀察并記錄BBU、RRU光口狀態（BBU光口接收功率高于50μW，RRU光接口接收光功率高于50μW）。

3.5 CPE外置工業WiFi覆蓋能力測試

測試項目：CPE外置工業WiFi覆蓋能力測試。

測試目的：測試CPE外置WiFi覆蓋能力。

預置條件：WiFi工作正常。

測試步驟：①WiFi接口連接全向天線;②CPE LAN口連接一臺筆記本電腦（1），搭建FTP服務器;③啟動WiFi，規劃從WiFi覆蓋近點向遠點方向的拉遠路線;④在規劃路線起點，筆記本電腦（2）接入WiFi網絡，連接FTP業務服務器進行上行數據業務，記錄在上行速率為4Mbps時的邊緣點距離基站的距離。

4 測試結果分析

本次測試地點位于黃河下游花園口，惠金黃河河務局通信機房為中心基站站點，沿黃河大堤西向延伸至約40km處，東向至約40km處，大堤內向即黃河灘區約15km處，進行了實地環境測試。

TD-LTE無線專網系統，采用成熟的4G移動通信平臺。本次測試設備采用了主流生產廠商設備，因此，各個廠商的系統測試，都具備較高的系統穩定性和可靠性，網管軟件功能比較豐富[3]。

基站覆蓋距離測試中，在測試點無阻擋或阻擋較弱情況下通信距離較遠，大部分覆蓋距離都在10km以上。增強型終端（5W）最大通信距離達到26.88km，平均傳輸速率6.5Mb/S。增強型終端（2W）最大通信距離達16.96km，平均傳輸速率13.1Mb/S;增強型終端（2W）最小通信距離8.1km，平均傳輸速率9.8Mb/S。

普通型終端（0.2W）在測試點無阻擋或阻擋較弱情況下，大部分覆蓋距離都在10km以上。最大通信距離達到29.3km，平均傳輸速率3.6Mb/S;最小通信距離8.08km，平均傳輸速率5.45Mb/S。

基站吞吐量測試中，基站吞吐量單扇區上行最大吞吐量為21.4Mb/S，最小吞吐量為13.1Mb/S，單扇區下行最大吞吐量為24.89Mb/S，最小吞吐量為11Mb/S。

傳輸視頻業務質量測試中，視頻業務質量測試規定在大堤內向同一地點測試，各廠商視頻測試傳輸效果均較好，圖像清晰、流暢，傳輸速率均在4m左右。

CPE外置工業WiFi覆蓋能力測試最大382m，最小360m，但均是在基本無阻擋情況下測試所得結果，在樹林阻擋情況下，測試距離只有幾十米，且數據傳輸不穩定。基站光纖拉遠功能測試結果顯示，所有廠商的系統功能均正常。

本次實地環境測試結果表明，TD-LTE無線專網系統穩定可靠，大部分設備的覆蓋范圍滿足規劃設計要求。TD-LTE無線專網系統建設，能夠滿足黃河下游防洪工程安全監測系統，滿足寬帶信息傳輸安全穩定和傳輸帶寬需求。今后，在站址規劃和站點建設中，應盡量避開嚴重阻擋的高大密集樹木群，以保障通信質量的通信暢通。

參考文獻：

[1]馮海亮.基于TD-LTE數字集群的寬帶無線專網架構及關鍵技術研究[J].網絡技術，2015（6）：61-63.

[2]于翔川.TD-LTE無線寬帶專網應用探討[J].智慧城市，2013（8）：49-52.

[3]何浩.長江水面TD-LTE寬帶無線專網方案研究[J].移動通信，2016（13）：57-61.