基于TD-LTE 1.8G无线专网的基建安全管控系统研究

匡 磊

（广东大唐国际雷州发电有限责任公司， 广东 雷州 524255）

引言

基建施工是一项庞大复杂的系统工程，涉及的基建施工单位多、施工人员多，人员素质参差不齐。施工人员虽都经过上岗操作规范和安全培训，但仍避免不了部分人员疏忽大意或习惯性违章，基建期间的安保、安全工作面临着极大的挑战。为了强化施工现场设备设施和人员管理，基建期间设置安全管控系统非常有必要。

1 行业发展背景

安全管控系统实现数据互联，传统方式是采用光纤和屏蔽双绞线进行数据有线传输，有线传输方式可靠性、带宽分配、通信实时性、可靠性等方面均有优势。但是基建现场施工地点分散，土建施工复杂，经常对通信网络造成破坏。因此有线专网建设周期较长，且后期面临着线路维护复杂、新接入点拓展成本高、施工受场地、环境限制比较大等困难。一些基建工程和企业也逐步引入基于Wi-Fi、移动运营商的4G等无线通信技术，用于不便于敷设有线网络的数据通信，解决用户快速部署数据和语音通讯需求。借助公网移动运营商部署移动数据业务，存在安全隐患大、成本过高、带宽无法保障等诸多问题。2015年2月，国家工业信息化部发布《关于重新发布1 785～1 805 MHz频段无线接入系统频率使用事宜的通知》，将1 785～1 805 MHz划分为交通（城市轨道交通等）、电力、石油等行业专用通信网和公众通信网频段，推动了TD-LTE 1.8G无线专网的积极发展[1]。

2 TD-LTE 1.8G无线专网的优势

1）TD-LTE是第四代移动通讯系统（4G）的一个重要技术标准，包含大量中国专利，是国家“十二五”支柱性产业，是“新一代信息技术”的关键组成部分。TD-LTE具有安全、高速率、大带宽、高频谱效率、低时延等诸多优点，不仅在公共移动网络上得到发展，更是在无线专网建设上逐渐体现出其优势地位。

2）TD-LTE具有中国自主知识产权，从终端设备的安全认证到无线、系统侧的安全加密，都加入了大量的先进技术用于防范黑客入侵和安全信息泄露。1.8G的专有频段和专用通信终端接入的组网模式，使得专网和公网完全隔离，不会受到公众应用的影响，最大程度杜绝了各种信息安全隐患和非法侵入的产生。

3）TD-LTE目前已成为国际标准之一，其单用户下行100 M、上行50 M的高速率，5 ms的延时非常适合于视频、语音信号的实时传输。相对目前WIFI等其他无线组网技术和标准有线组网技术，基于TD-LTE的无线通讯无需考虑复杂的网络设计、硬件安装、综合布线等问题，可以随时随地灵活快速部署接入点。其通信架构扁平简洁、信号穿透能力强、业务覆盖范围广、语音数据一体化的特点，体现出多业务承载、最少工程布线、组网灵活快捷，维护简单方便、综合成本相对较低等建网优势。

3 基建安全管控系统建设方案

基建安全管控系统以TD-LTE1.8G无线专网为数据传输网络，融合视频监控、单兵作业无线通信系统、门禁系统、电子围栏、无线应急广播系统等一体，建立一体化基建安全管控系统，网络结构如下页图1所示。

图1 网络结构图

3.1 安全管控系统前端设备

无线视频监控系统前端采用两种型式摄像机，一种是支持TD-LTE 4G信号的无线摄像机，摄像机直接与基站无线连接，适用于信号质量好的区域；一种是采用普通网络摄像机+工业4G无线路由器组合方式，通过无线路由器与基站进行数据交换，这种方式适合于室内摄像机或信号质量较差的区域。基建现场的塔吊采用无线视频监控，可以满足塔吊动态工作下的视频监控要求，解决了以往塔吊司机室及起吊作业区域监控盲区的问题。无线广播系统的音柱或喇叭、门禁系统、电子围栏等前端设备选用带网络功能的常规设备即可，采用工业4G无线路由器进行信号传输。

3.2 TD-LTE无线专网建设

3.2.1 网络规划

首先需要对前端设备布置区域进行工勘及链路预算仿真，以某电厂基建工程现场为例。经过建厂勘察，无线专网计划建设TD-LTE无线基站1个，配属三个扇区，每个扇区采用8通道天线。小型高集成核心网置于现有核心机房的机架中，同时基站eNB(BBU+RRU)将通过光纤就近接入专网汇聚节点（PE节点），和中心机房核心网EPC进行互联互通。本工程无线网使用1 785～1 800 MHz频段中的15 MHz连续可用带宽，5 MHz作为预留带宽，采用同频组网方式进行组网。本无线网的覆盖质量满足以下指标的要求：

1）覆盖区内的终端在90%的位置和99%的时间可以接入网络，而无线覆盖区边缘的通信概率应大于85%；

2）在覆盖区域内，TD-LTE无线网络覆盖率应满足RSRP＞-105 dBm的概率大于95%；

3）在不高于10 m/s的中低速率移动场景下，覆盖区域内用户处于覆盖区边缘时能提供上行不低于256 kb/s的数据传输能力；

4）基站设备工作在1.8 GHz频段时，基站系统单天线最大发射功率不少于12 W，天线增益为17±1 dB，并支持以1 dB的粒度进行发射功率调整；

5）基站单小区满足覆盖半径大于3 kM；

6）在20 MHz工作带宽，上下行峰值吞吐量应大于80 MB/s以上，单终端的上下行峰值吞吐量达到 80 MB/s以上；(上下行时隙配比 3∶1，“配比 0”)；

7）单扇区规划的可支持的业务数量如表1所示，每个基站支持3个扇区，一个基站完全可以满足基建施工安全管控的系统的需要。随着终端数目增加，可以增加基站和扇区扩容。

表1 单扇区规划的可支持的业务数量

3.2.2 基站构建

本工程基站选址在化水楼，两个扇区覆盖集控楼以北的功能区，拉远一个扇区到燃运楼，覆盖集控楼以南的业务区。用户终端侧通过配置1.8 G无线数据网卡，实现终端用户的接入。基站核心网系统设备采用中兴ZXTS eTC 10，包括的EPC网元、DSS网元、OMM都放置在同一局域网中，通过嵌入到基带处理单元BBU中实现供电和连接。基站采用BBU+RRU组网方案，基带处理单元ZXSDR B8200包括基带处理板一块，支持三个射频单元，通过光纤与远程射频单元RRU相连接。

3.3 基建安全管控平台

视频监控采用NVR或者磁盘阵列存储，设置流媒体服务器和管理服务器，管理服务器同时作为门禁、电子围栏系统的服务器。建立集成化的管理软件平台，将安防各子系统整合到一个软件平台中。在一体化安全管控系统的协调下，可实现跨子系统联动，比如电子围栏与视频监控联动、门禁与视频监控联动。

4 结语

基建安全管控系统建成后，能够实现基建工程在全面安全预防、应急处理和管理上的一次重大变革，改变原有的安全检查必须到现场的状况，改变突发事件处置滞后的局面。同时，基于1.8 G的TD-LTE专网能够满足移动物联网建设的发展需要，最大化容纳企业未来的业务拓展需求，并且具备长远的技术演进路线，持续平滑演进。