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5G技术在智慧城管项目建设的运用

摘要:本文以江苏有线宿迁分公司在智慧城市建设中开发的数字城管应用为例,介绍了针对该项目的5G网络建设方法,论述了5G技术对智慧广电建设的赋能效果,展望了智慧广电业务与5G网络建设相互促进、共同发展的广阔前景。

关键词:5G智慧城管5G基站CPE网络仿真

1引言

江苏省出台加快推进5G网络建设发展的若干项政策措施,明确提出要推进5G与物联网的深度融合,保障智慧城市稳定运行,促进社会各领域和谐发展,基于5G打造覆盖全域的物联感知平台,实现城市运营管理的“物联全感知、数据全采集、事件全掌控”。在此之前,《智慧宿迁中长期发展规划(2014—2020)》明确提出,宿迁市要在2020年底前完成智慧城管工程,实现城市管理数字化、精细化、智慧化。在此背景下,江苏省广电有线信息网络股份有限公司宿迁分公司(以下简称“公司”)抓住契机,紧跟政策,充分利用5G技术,对智慧城管项目进行了规划设计。

2建设方案

5G网络具有很多优势特性,如增强移动带宽、海量机器类通信、高可靠低延迟通信等,支持独立组网(SA)模式、极简架构方案,实施700MHz+4.9GHz/3.3GHz~3.4GHz多频协同、FDD+TDD协同组网策略。公司决定利用700MHz频段开展5G网络建设,该频段位于低频段,具有信号覆盖广、穿透力强、组网成本低等特性,适合大范围网络覆盖。700MHz5G网络能够在非视距条件下为市政监察管理人员提供固定、移动、便携的网络连接,在车速移动等应用场景下提供宽带无线接入业务,包括高速、高带宽的数据上下行接入业务,语音、视频监控等多种附加业务。700MHz5G系统由业务平台、核心网(EPC)、IP传输承载网、无线接入网(5G基站)、用户终端五部分组成,其结构如图1所示。应用服务平台为智慧城管数据平台以及为其服务的网络管理平台;核心网主要用于完成对接入网的控制、对用户面的管理及与外部分组数据网之间的连接,由MME、S-GW、P-GW、HSS服务器、BM-SC、MCE、MBMS-GW等部分组成;IP承载网络用于实现系统各个网元之间的IP数据传输,初期考虑充分利用广电现有的传输网络来承载;无线接入网主要用于实现终端无线接入和无线资源管理功能,包括空中接口、接入控制、移动性控制、用户资源分配等,采用分布式基站,设备包括室内基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)两类,以镇为单位进行规划部署;终端设备包括市政监察管理人员随身携带的CPE、Mi-Fi设备以及数据模块(集成其他设备内)等。

3关键技术

3.1移动执法信息回传技术。移动执法车及单兵手持执法终端,可通过CPE转Wi-Fi的方式实现与基站间的无线互联,完成视频、语音以及图像的传输。信号接收原理如图2所示。3.2无线集群通信技术。国内的电信设备制造商已经相继研发出多款满足集群通信要求的数字集群系统设备,目前能够支持完整数字集群系统设备和终端的系统,有华为开发的数字集群通信系统(GT800系统)和中兴开发的数字集群通信系统(GoTa系统)。两种系统均可直接用于公司的智慧城管5G网络建设。

4频谱规划

宿迁城区700MHz5G频谱现场扫频结果如表1所示,其中39、40、43、44频段空闲,47、48频段只有少量占用,这六个频段即为智慧城管项目5G网络建设的首选资源。另外考虑到43频段为3GPP规定的隔离频段且采用信道捆绑技术,规划设计带宽暂时定为15MHz。综合分析频段资源,公司FDD700MHz上下行频段最佳频段使用如表2所示。

5站址规划

FDD700MHz单站覆盖能力可根据链路预算计算得出,计算方法如图3所示,其中R为单小区覆盖半径。基于最大允许路径损耗分析基站小区的覆盖半径,可以初步确定网络基站间距,FDD系统为上行受限,站址规划要以上行链路预算进行规模估算。分别按照上行256kbps、512kbps和1024kbps的边缘速率需求计算单站链路预算,不同上行速率下单站覆盖面积如图4所示。综合上述数据计算可知,要使智慧城管项目覆盖场景为面积64km2的宿迁市区,主要实现室外及路面覆盖,按照上行256kbps单站覆盖面积估算,并适当放宽覆盖标准,理论站点规模应为27座。考虑到建网初期的成本和5G覆盖特性,基站间距为1.712km,初期拟建设17个5G基站,具体站点位置如图5所示。

65G基站网络仿真

公司采用了65deg17dBi8Tilt700/800MHz的定向天线进行仿真,设定天线波束方向增益为16.5dBi,水平波瓣为65°,垂直波瓣为8°。由于无线信号主要通过自由空间这一介质作为传播路径,其传播路径是开放的,这就使得无线电传播环境比有线更加恶劣。一方面,携带信息的电磁波的传输是扩散的,方向不可控;另一方面,地理环境复杂多变,用户位置随机、不可预测。这些因素都加剧了无线电波传输损耗的复杂性。在无线网络设计中,选择一个与实际环境接近的传播模型是进行覆盖估算和预测仿真的基础,本次仿真采用Okumura-Hata模型和精度为50m的地图,根据RSRP等参数值判定网络系统的业务性能。如图6所示,从仿真运算结果来看,整体规划区域信号强度基本都在-100dBm以上,可以满足智慧城管项目的基本需求,在实际的网络建设中,可能会由于站点位置变化、场景变化等原因,导致部分弱覆盖,建设时可以根据现场情况进行优化调整。

7结语

宿迁广电对5G技术在智慧城管项目中应用的研究,为5G网络建设积累了宝贵经验,提升了智慧城管项目的建设水平。当前,随着国家积极开展基础设施建设,“5G+垂直行业应用”已成为一种富有生命力的应用模式,必将为广电5G产业和智慧广电应用平台建设带来新的发展。

作者:施步胜 单位:江苏省广电有线信息网络股份有限公司宿迁分公司

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