基于免授權(quán)頻譜的LTE工業(yè)無線互聯(lián)專網(wǎng)寬帶方案
基于免授權(quán)頻譜的LTE工業(yè)無線互聯(lián)專網(wǎng)寬帶方案
華為技術(shù)有限公司
網(wǎng)絡(luò)改造技術(shù)篇/成熟技術(shù)/工廠內(nèi)網(wǎng)改造
1 概述
當(dāng)前行業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，基于Unlicensed頻譜的WiFi是主流無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但Wifi有諸多問題，制約行業(yè)無線的應(yīng)用發(fā)展，比如WiFi在非視距場景下覆蓋難以滿足；在移動(dòng)或高密場景時(shí)延不穩(wěn)定；自干擾系統(tǒng)連接不可靠；覆蓋距離短導(dǎo)致AP站點(diǎn)數(shù)量眾多，選址和安裝都存在困難，維護(hù)成本高等。
隨著LTE技術(shù)在移動(dòng)寬帶的廣泛應(yīng)用，行業(yè)逐步引入LTE技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)性能，但Licensed頻譜資源有限，基于Licensed頻譜的LTE技術(shù)無法廣泛應(yīng)用，基于Unlicensed頻譜的LTE技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，采用Unlicensed頻譜提供LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，兼有Wifi的組網(wǎng)便捷性和LTE的穩(wěn)定可靠的高性能，重點(diǎn)解決生產(chǎn)業(yè)務(wù)流中的“痛點(diǎn)”：覆蓋、連接高可靠、抗干擾，成為承載企業(yè)園區(qū)和工廠內(nèi)網(wǎng)無線工業(yè)互聯(lián)更優(yōu)質(zhì)的解決方案。
1.1 背景
隨著行業(yè)數(shù)字化的持續(xù)深入，工業(yè)領(lǐng)域?qū)B接的訴求越來越高，雖然現(xiàn)場總線、工業(yè)以太以及基于Wifi、RFID等的無線技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了部分工業(yè)設(shè)備的連接，但更大部分的工業(yè)設(shè)備還屬于沒有任何連接的啞設(shè)備。據(jù)HMS公司分析，在工業(yè)領(lǐng)域的已連接部分，工業(yè)以太和工業(yè)無線持續(xù)發(fā)展，至2018年初，工業(yè)以太新增至52%的份額（年度首次超過現(xiàn)場總線的42%），無線連接也以32%的增長率快速增長（但無線連接還僅占到6%左右的份額），隨著工廠智能化的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域?qū)o線通信的期望越來越高。
但工業(yè)廠礦園區(qū)分布零散，場景復(fù)雜，不具備建設(shè)一張無線通信大網(wǎng)的條件，也很難獲取區(qū)域性專用通信頻譜；而基于免授權(quán)頻譜的Wifi技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，逐步暴露出可靠性、安全性、穩(wěn)定性、移動(dòng)性等方面的不足，難以勝任更高性能的工業(yè)無線通信需求。
1.2 實(shí)施目標(biāo)
針對(duì)工業(yè)園區(qū)難以申請(qǐng)專用頻譜，Wifi性能又無法滿足需求的狀況，基于免授權(quán)頻譜引入高性能4G/5G蜂窩無線技術(shù)，提升工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)性能，匹配工業(yè)互聯(lián)業(yè)務(wù)訴求，加快行業(yè)數(shù)字化進(jìn)程，助力工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)升級(jí)，推進(jìn)加快中國智能制造2025宏偉目標(biāo)的進(jìn)程。
1.3 適用范圍
eLTE-U蜂窩無線專網(wǎng)解決方案主要適用于：
智能制造、倉儲(chǔ)物流領(lǐng)域智能裝備（AGV、UAV等）的無線通信、生產(chǎn)管理人員移動(dòng)辦公等業(yè)務(wù)；智能工廠、智慧醫(yī)療、無人商店等領(lǐng)域的機(jī)器人無線通信業(yè)務(wù)；工業(yè)園區(qū)的移動(dòng)巡檢、移動(dòng)視頻、數(shù)據(jù)回傳等業(yè)務(wù)；港口碼頭AGV轉(zhuǎn)運(yùn)車調(diào)度控制、RCMS吊機(jī)檢測、堆場管理等TOS（港口運(yùn)營管理）業(yè)務(wù)；軌道交通生產(chǎn)領(lǐng)域的CBTC業(yè)務(wù)、PIS業(yè)務(wù)、CCTV等車地?zé)o線業(yè)務(wù)等。
表1 業(yè)務(wù)應(yīng)用及場景特點(diǎn)
業(yè)務(wù)應(yīng)用 | 場景特點(diǎn) | |
各類型AGV控制通信 | 倉儲(chǔ)分揀AGV：小型空曠環(huán)境，AGV密度大，網(wǎng)絡(luò)容量要求高； 工廠、倉儲(chǔ)搬運(yùn)AGV：無線環(huán)境復(fù)雜，工程復(fù)雜，移動(dòng)范圍較廣，通信可靠性、穩(wěn)定性要求高，對(duì)時(shí)延有要求 | |
機(jī)器人無線控制通信 | 活動(dòng)范圍大小不一，移動(dòng)性要求高，自主控制類機(jī)器人要求具備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力； | |
工控類無線通信業(yè)務(wù) | 主要承載生產(chǎn)網(wǎng)安全控制數(shù)據(jù)，要求超低時(shí)延、高可靠性，通信速率要求不高； | |
無線視頻監(jiān)控業(yè)務(wù) | 攝像頭分布散，距離遠(yuǎn)，走線困難的場景是優(yōu)勢場景； 環(huán)境惡劣，要求設(shè)備支持高防護(hù)等級(jí)； | |
移動(dòng)巡檢業(yè)務(wù) | 電力變電站無人巡檢：要求無縫覆蓋以支持機(jī)器人無人自動(dòng)巡檢，站內(nèi)不能安裝無線設(shè)備，設(shè)備僅能安裝在周邊。 工業(yè)園區(qū)巡檢：終端需支持?jǐn)?shù)據(jù)回傳、視頻回傳以及RFID等近距離無線采集能力，油氣石化等特殊行業(yè)有防爆要求； | |
港口TOS業(yè)務(wù) | 港口泊位區(qū)金屬遮擋嚴(yán)重，堆場區(qū)面積大，巷道長，干擾多，主要可視距傳輸，部分場景會(huì)有遮擋，無線基站只能安裝于燈塔等設(shè)施，近海場景，需抗鹽霧腐蝕。 | |
地鐵車地業(yè)務(wù) | 要求支持高速移動(dòng)（最高支持120km/h）條件下穩(wěn)定高可靠通信（CCTV業(yè)務(wù)），和無線大帶寬需求（上行CCTV，下行PIS等業(yè)務(wù)）、軌旁設(shè)備狀態(tài)回傳要求大容量接入能力等。 |
1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的位置
eLTE-U無線專網(wǎng)解決方案主要針對(duì)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)》內(nèi)的工廠內(nèi)網(wǎng)場景，承載智能機(jī)器（如AGV等）與工廠控制系統(tǒng)、智能機(jī)器與智能機(jī)器、工廠控制系統(tǒng)與工廠云平臺(tái)等之間的信息交互與通信需求。eLTE-U通信技術(shù)提供的高可靠、高性能、可移動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，可以減少工廠內(nèi)網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下有線傳輸線纜的部署，適用于多種工廠內(nèi)網(wǎng)環(huán)境的無線通信需求場景。
圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意圖
2 需求分析
2.1 智能制造、倉儲(chǔ)物流等AGV業(yè)務(wù)需求
AGV:(Automated Guided Vehicle)是智能工廠/智慧倉儲(chǔ)的重要裝備，已經(jīng)被越來越廣泛地應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中，不同種類AGV的應(yīng)用場景差異較大，綜合而言，AGV對(duì)無線通信的需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：抗干擾、支持移動(dòng)性，通信性能穩(wěn)定(時(shí)延<100ms),分揀倉庫等特殊場景要求支持較大容量（單小區(qū)支持超過100臺(tái)AGV）等。
2.2 工業(yè)和服務(wù)機(jī)器人業(yè)務(wù)需求
機(jī)器人通信業(yè)務(wù)，除了和AGV類似的抗干擾、支持移動(dòng)性、穩(wěn)定性等方面的需求，為實(shí)現(xiàn)智能工廠、智慧醫(yī)院、無人商店等場景服務(wù)機(jī)器人之間的信息實(shí)時(shí)交互，還要考慮支持機(jī)器人兩兩之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，便于由當(dāng)前主流的集中式控制機(jī)器人向更高級(jí)、更智能的自主控制機(jī)器人發(fā)展演進(jìn)。
2.3 港口TOS系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求
可以按照?qǐng)鼍胺譃閮纱箢悾簣鼍?：地面深度覆蓋（AGV）場景，主要需求：移動(dòng)性、小帶寬、低時(shí)延、可靠連接(中低速移動(dòng)：約30Km/h,時(shí)延：<100ms；帶寬：下行<100Kbps；上行：100~150Kbps；高可靠性：普遍要求網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備冗余，保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性)；場景2：上行大容量（CCTV&視頻監(jiān)控類）場景，主要特點(diǎn)：上行帶寬要求高、低時(shí)延、抗干擾和高可靠性（低時(shí)延：<150ms，上行大帶寬：單用戶上行帶寬典型10+Mbps，支持3~10路視頻的回傳和監(jiān)控；抗干擾和高可靠性：優(yōu)于WiFi的抗干擾的連接，需要考慮網(wǎng)絡(luò)備份和冗余）。
2.4 軌道交通業(yè)務(wù)需求
CCTV視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需求:
1）要求每小區(qū)可同時(shí)進(jìn)行上行至少2路視頻傳輸；
2）要求每路視頻傳輸速率至多2Mbps；
3）要求傳輸時(shí)延不超過500ms概率不小于98%；
4）要求丟包率不大于1%。
PIS業(yè)務(wù)需求:
1）要求支持廣播或組播通信；
2）要求能夠傳輸圖像分辨率為標(biāo)清或高清的視頻，要求傳輸速率為下行2~8Mbps；
3）要求傳輸時(shí)延不超過500ms的概率不小于98%；
4）要求丟包率不大于1%。
3 解決方案
3.1 方案介紹
eLTE-U解決方案是給企業(yè)提供的面向生產(chǎn)業(yè)務(wù)的工業(yè)級(jí)寬帶無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)解決方案，包含有企業(yè)業(yè)務(wù)引擎eCore核心網(wǎng)，unlicense網(wǎng)絡(luò)接入基站AirNode，接入終端CPE和可以集成到行業(yè)終端的MiniPCIe數(shù)據(jù)卡。
eLTE-U解決方案主要包含有以下網(wǎng)元和設(shè)備：
eCore核心網(wǎng)：eCore作為業(yè)務(wù)控制核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為業(yè)務(wù)提供高可靠的核心接入控制和數(shù)據(jù)交換處理功能，通過SGi接口通過IP網(wǎng)絡(luò)接入客戶業(yè)務(wù)平臺(tái)。
基站AirNode：eLTE-U室外型基站AirNode，提供unlicense頻譜的無線接入設(shè)備，AirNode采用POE供電和傳輸，既支持內(nèi)置天線，也可以N型射頻接頭外接射頻天線，支持抱桿和掛墻安裝。
CPE/ MiniPCIe卡：CPE提供對(duì)應(yīng)的unlicense頻段的接入功能，可以和客戶視頻攝像頭、交換設(shè)備連接，支持POE供電和IP接口傳輸。 MiniPCIe卡可以集成到行業(yè)終端，為行業(yè)終端提供數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。
網(wǎng)管：完成對(duì)企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)升級(jí)和監(jiān)控功能。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>
eLTE-U無線工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)解決方案的基本組網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：
圖2 基本組網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)整體自上而下分為三層：最上層是業(yè)務(wù)應(yīng)用層，中間是有eCore核心網(wǎng)和基站Airnode按星型組網(wǎng)組成的網(wǎng)絡(luò)層，最下層是終端接入層，業(yè)務(wù)應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間通過IP有線連接按照開放的API互通，網(wǎng)絡(luò)層和終端接入層之間通過無線空口連接。
eLTE-U解決方案有兩種組網(wǎng)方式，一種是上圖左邊的組網(wǎng)：核心網(wǎng)+AirNode e+終端，另一種是上圖中右邊的組網(wǎng)：兼有核心網(wǎng)和基站功能的AirEdge +終端。
兩種組網(wǎng)方式的區(qū)別如下：
表2 eLTE-U解決方案組網(wǎng)比較
組網(wǎng) | 核心網(wǎng)+AirNode +終端 | AirEdge +終端 |
特點(diǎn) | AireNode連接核心網(wǎng)，核心網(wǎng)再連接應(yīng)用服務(wù)器，支持跨基站切換，支持完整的QoS控制和數(shù)據(jù)路由等功能 | 無須核心網(wǎng)，AirEdge通過網(wǎng)口連接應(yīng)用服務(wù)器，不支持跨基站切換和QoS控制等核心網(wǎng)等功能 |
3.3 功能設(shè)計(jì)
eLTE-U無線專網(wǎng)支持如下功能特性：
在5.8GHz免授權(quán)頻譜上使用LTE寬帶技術(shù)，支持高速數(shù)據(jù)寬帶網(wǎng)絡(luò)接入，支持?jǐn)?shù)據(jù)回傳和視頻監(jiān)控，行業(yè)終端設(shè)備可以通過網(wǎng)線連接到eLTE-U的終端CPE，也可以集成MiniPCIe卡，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)，提供穩(wěn)定、可靠數(shù)據(jù)通信服務(wù)。
? 公共業(yè)務(wù)：完成對(duì)用戶簽約信息的管理和網(wǎng)元間的同步；完成用戶的開機(jī)注冊(cè)、關(guān)機(jī)注銷；終端Idle狀態(tài)下的移動(dòng)性管理和周期性發(fā)起跟蹤區(qū)更新等。
? 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：完成各種速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，完成移動(dòng)狀態(tài)下的業(yè)務(wù)跨小區(qū)、跨基站的切換，完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)漫游等功能。
? 組網(wǎng)功能：支持VLAN ；支持配置IPV4路由；支持基站星型組網(wǎng)等。
? O&M功能：支持進(jìn)行各項(xiàng)操作維護(hù)。如：設(shè)備維護(hù)時(shí)支持單板復(fù)位等。
? 傳輸業(yè)務(wù)功能：支持多基站配置；減少端到端信道時(shí)延；完成多個(gè)基站星型組網(wǎng)時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
? 傳輸配置功能
- 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)口參數(shù)配置，如通過MML可以配置速率，雙工模式，自適應(yīng)等參數(shù)。
- VLAN 參數(shù)配置，通過MML 可設(shè)置網(wǎng)口的VLAN ID和VLAN優(yōu)先級(jí)。
- 支持通過MML 配置、刪除、查詢IPV4路由。
? 終端CPE支持防火墻服務(wù)：
- 防火墻開關(guān)：啟用或禁用網(wǎng)絡(luò)連接的防火墻。
- 局域網(wǎng)MAC地址過濾：通過MAC地址限制局域網(wǎng)內(nèi)的特定設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)。
- 局域網(wǎng)IP過濾：阻止特定的IP地址訪問在本地網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)。
- URL過濾：禁止局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備訪問特定的URL。
? MiniPCIe數(shù)據(jù)模塊，可應(yīng)用于行業(yè)客戶進(jìn)行終端二次開發(fā)。該模塊集成到終端中，作為LTE Modem使用，提供無線數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)空口數(shù)據(jù)傳輸功能。
3.4 關(guān)鍵技術(shù)
3.4.1 IRC抗干擾算法
IRC(Interference Rejection Combining 干擾抑制合并)是一種分集合并技術(shù)，能夠消除干擾。與采用了MRC的分集式天線相比，采用IRC的分集式天線能夠消除干擾信號(hào)，只選擇“好的”信號(hào)進(jìn)行接收(如下圖示意)。在干擾受限的區(qū)域，與MRC相比，IRC能產(chǎn)生將更大的增益。這一增益能夠帶來網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提高和更好的室內(nèi)覆蓋。IRC接收機(jī)信號(hào)接收示意圖如下。
圖3 IRC接收機(jī)信號(hào)接收
IRC增益：IRC接收機(jī)旨在提高接收信號(hào)中的發(fā)送信號(hào)成分與噪聲成分的功率比，獲得分集增益和陣列增益，從而提高系統(tǒng)性能。除此以外，IRC接收機(jī)還可以提供額外的干擾消除增益，達(dá)到進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能的目的。IRC利用干擾的空間有色特性抑制同頻干擾，增強(qiáng)覆蓋。IRC要求有多個(gè)接收天線，單天線接收是無法獲得IRC增益的。
3.4.2 DL power boosting覆蓋增強(qiáng)技術(shù)
DL Power Boosting是一種增強(qiáng)LTE下行覆蓋的一種調(diào)度方式，當(dāng)UE處于小區(qū)邊緣并且低速率業(yè)務(wù)要求時(shí)，通過power boosting調(diào)整每個(gè)被調(diào)度下行資源塊組（RBG）的發(fā)射功率，使得RBG組的功率集中在一個(gè)PRB發(fā)射，提升單個(gè)PRB的功率譜密度，可有效提升小區(qū)邊緣低速率業(yè)務(wù)用戶的解調(diào)性能，增強(qiáng)下行覆蓋。
圖4 DL power boosting示意圖
3.4.3 DL TTI Bundling下行覆蓋增強(qiáng)技術(shù)
DL TTI Bundling是指在N個(gè)連續(xù)的TTI上傳輸同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，N個(gè)綁定的TTI作為同一個(gè)資源進(jìn)行處理，不同的TTI傳輸同一個(gè)數(shù)據(jù)塊的不同 HARQ冗余版本。對(duì)小區(qū)邊緣的下行SINR較低，位于小區(qū)邊緣的終端可以通過TTI Bundling特性在連續(xù)子幀中發(fā)送相同的數(shù)據(jù)塊，減少重傳，降低RTT傳輸所需要的時(shí)間，充分利用HARQ合并的增益，提高LTE下行覆蓋。
圖5 TTI Bundling示意圖
3.4.4 MIMO容量增強(qiáng)技術(shù)
多入多出(MIMO: Multi-Input Multi-Output)或多發(fā)多收天線(MTMRA)技術(shù)是無線移動(dòng)通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，也是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)。
MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線和多通道。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，MIMO還可以包括SIMO（Single-Input Multi-ple-Output）系統(tǒng)和MISO（Multiple-Input Single-Output）系統(tǒng)。本質(zhì)上來講，如果每對(duì)發(fā)送接收天線之間的衰落是獨(dú)立的，這樣就產(chǎn)生多個(gè)并行的子信道。在發(fā)射端，傳輸信息流經(jīng)過空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流。這N個(gè)子流由N個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)根據(jù)各數(shù)據(jù)流的空間特性，利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流。這樣在這些并行的子信道上傳輸不同的信息流，使得同樣的頻率帶寬下，傳輸速率倍增。示意圖如圖6。
圖6 通用的MIMO形式
3.4.5 上行64QAM容量增強(qiáng)技術(shù)
上行64QAM是QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）和16QAM的一個(gè)補(bǔ)充調(diào)制方案。UL 64QAM旨在增加好信道條件下UE的比特率。使用QPSK時(shí)，每符號(hào)承載兩信息比特；使用16QAM時(shí)，每符號(hào)承載四信息比特。使用64QAM時(shí)，每符號(hào)可以進(jìn)行六信息比特調(diào)制。因此，64QAM可以極大提高上行的系統(tǒng)容量。
根據(jù)無線環(huán)境的質(zhì)量，eNodeB可以選擇不同階次的QAM調(diào)制方案。如果UE離eNodeB非常近或是處在一個(gè)好的無線環(huán)境下，那么eNodeB能夠選擇最高階QAM調(diào)制（64QAM方式）和較大的傳輸塊進(jìn)行上行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。
圖7 上行64QAM方式
3.5 安全及可靠性
3.5.1 安全性
LTE支持終端和基站之間的雙向認(rèn)證保證終端和基站的合法性，控制信令支持NAS加密保證信令安全。
? 設(shè)備和基站之間的雙向認(rèn)證。
? AES128 / 256位空中接口加密。
? IPSec確保基站與視頻平臺(tái)之間的安全。
3.5.2 可靠性
基站可靠性:
? 支持全面故障檢測功能，包括硬件、軟件、天線、傳輸、小區(qū)。
? 支持故障隔離和自愈功能，確保局部故障不影響系統(tǒng)中的其他部分。此外，還支持降規(guī)格建立小區(qū)，將故障對(duì)業(yè)務(wù)的影響降至最低限度。
eLTE-U核心網(wǎng)具有以下軟、硬件可靠性：
? 分布式設(shè)計(jì)：采用分布式的硬件結(jié)構(gòu)，通過功能的模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分布式處理，各模塊功能相對(duì)獨(dú)立，并分別由不同的處理機(jī)負(fù)責(zé)控制，一個(gè)處理機(jī)的故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
? 冗余設(shè)計(jì)：硬件廣泛采用主備用、負(fù)荷分擔(dān)、冗余配置等可靠性設(shè)計(jì)方法，確保了硬件系統(tǒng)的可靠性；關(guān)鍵部件均采用多處理機(jī)冗余技術(shù)，采用主備進(jìn)程運(yùn)行方式。在正常情況下，主用處理機(jī)控制模塊的運(yùn)行，備用處理機(jī)則實(shí)時(shí)與主用處理機(jī)保持同步；一旦主用處理機(jī)故障，備用處理機(jī)將立即投入運(yùn)行接替主用處理機(jī)控制模塊，從而保證系統(tǒng)的業(yè)務(wù)不中斷。業(yè)務(wù)模塊與接口模塊采用負(fù)荷分擔(dān)的設(shè)計(jì)方式，兩塊或多塊模塊在正常工作時(shí)，均承擔(dān)相同的處理功能，而當(dāng)其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，在保證一定性能指標(biāo)（如呼損）的前提下，由其它模塊完成故障模塊的處理任務(wù)，不影響系統(tǒng)正常工作。IP接口支持物理備份，確保與IP承載網(wǎng)之間的IP路由的可靠性。
? 供電可靠性:采用分布式供電方案，冗余備份的雙供電系統(tǒng)，具有防雷、斷電保護(hù)、電壓和電流的過高過低保護(hù)等功能。若系統(tǒng)掉電，系統(tǒng)支持整機(jī)掉電重啟時(shí)間小于5分鐘。機(jī)框的電源模塊采用1＋1備份的冗余設(shè)計(jì)，確保在一個(gè)電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，不影響系統(tǒng)的正常工作。
? 容錯(cuò)能力:通過對(duì)關(guān)鍵軟件資源定時(shí)檢測、實(shí)時(shí)任務(wù)監(jiān)控、存儲(chǔ)保護(hù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、操作日志信息保存等手段，可有效地防止小軟件故障對(duì)系統(tǒng)所造成的沖擊，提高軟件系統(tǒng)的容錯(cuò)能力（即軟件錯(cuò)誤情況下的自愈能力）。
? 故障監(jiān)視及處理:核心網(wǎng)具備自動(dòng)檢測與診斷系統(tǒng)軟硬件故障的功能，可對(duì)故障硬件實(shí)施自動(dòng)隔離、倒換、重新啟動(dòng)、重新加載等處理。
? 支持熱補(bǔ)丁:在設(shè)備的運(yùn)行過程中，支持對(duì)主機(jī)軟件打熱補(bǔ)丁的功能，可以在不影響系統(tǒng)業(yè)務(wù)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)軟件的動(dòng)態(tài)在線升級(jí)，有利于提高通信服務(wù)質(zhì)量。
3.5.3 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)
系統(tǒng)可靠性指標(biāo)如表3所示。
表3 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)
指標(biāo)名稱 | 指標(biāo)值 | |
典型配置系統(tǒng)可用度 | ≥99.999% | |
系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間MTBF | ≥24年（滿配置） ≥42年（單框） | |
系統(tǒng)平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR | ≤1小時(shí)（不含準(zhǔn)備時(shí)間） | |
冗余備份機(jī)制 | 1+1備份 |
3.6 解決方案亮點(diǎn)
3.6.1 抗干擾能力強(qiáng)
干擾檢測:
? 檢測及時(shí)：最快1ms級(jí)別的檢測。
? 檢測全面、精細(xì)：全系統(tǒng)檢測、系統(tǒng)內(nèi)子帶寬級(jí)（180KHz）的信道監(jiān)測。
干擾抑制：
? Turbo 糾錯(cuò)編碼。
? HARQ重傳機(jī)制，增加抗干擾能力。
? UL IRC，干擾最小化的合并，有效抑制各類干擾。
干擾控制：
? 支持MCS0~MCS28共29階調(diào)度，適應(yīng)更多不同程度的干擾場景。
? MCS自適應(yīng)調(diào)整，有效利用非(弱)干擾資源。
? 下行固定/動(dòng)態(tài)功控；上行開環(huán)/閉環(huán)功控算法，避免產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)自干擾。
干擾躲避：
? (上/下行)頻選調(diào)度：根據(jù)每個(gè)終端的信道狀況，優(yōu)先分配干擾小，信號(hào)質(zhì)量高的子帶頻率資源。
? 子帶級(jí)資源分配，避免干擾，有效利用非干擾資源。
? GPS同步，整網(wǎng)同步的上下行獨(dú)立調(diào)度，TDD OFDMA高效全雙工。
3.6.2 覆蓋距離更遠(yuǎn)
eLTE-U的覆蓋距離是Wi-Fi的2~3倍。主要原因是eLTE-U的接收靈敏度相比Wi-Fi高10dB，并且采用了Power boosting技術(shù)。
3.6.3 移動(dòng)性更好
eLTE-U基于蜂窩通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有完善的切換機(jī)制，切換時(shí)延可以控制在50ms以內(nèi)，不丟包。而且，eLTE-U支持自動(dòng)頻率校正AFC技術(shù)，能夠消除快速移動(dòng)引起的頻率偏移，eLTE-U的功率控制和信號(hào)檢測更加精細(xì)，適應(yīng)快速移動(dòng)時(shí)信號(hào)的快速變化，尤其適用于地鐵車地通信等高速移動(dòng)的場景，可以支持160公里/小時(shí)的移動(dòng)速度。
3.6.4 同時(shí)在線用戶更多
eLTE-U可以支持100個(gè)以上的用戶，并不會(huì)降低小區(qū)整個(gè)吞吐率速率。LTE 5用戶小區(qū)吞吐量比WiFi的高93%，傳輸時(shí)延低80%。LTE多用戶的小區(qū)吞吐量相對(duì)單用戶基本持平，WiFi隨著用戶數(shù)增多，小區(qū)吞吐量快速下降。
3.6.5 QoS保障機(jī)制完善
為了滿足不同業(yè)務(wù)類型和用戶等級(jí)對(duì)不同傳輸性能（例如帶寬，優(yōu)先級(jí)，時(shí)延和吞吐量）的要求，eLTE解決方案為用戶提供端到端QoS保證機(jī)制，確保服務(wù)質(zhì)量合理利用網(wǎng)絡(luò)資源。 eLTE-U QoS保證機(jī)制可以根據(jù)用戶最大速度，最小速度，傳輸延遲，丟包率和一系列QoS指標(biāo)的服務(wù)要求，確定用戶特定的QoS等級(jí)。通過高級(jí)訪問控制，無線資源管理，傳輸資源管理算法確保系統(tǒng)性能，并保證差異化服務(wù)和用戶的信號(hào)傳輸質(zhì)量。
3.6.6 傳輸時(shí)延更低
傳輸時(shí)延最小20ms。跨小區(qū)切換時(shí)延小于50ms。洋山港項(xiàng)目實(shí)測，單小區(qū)多用戶（>60用戶/小區(qū)）調(diào)度狀況下，單用戶端到端平均傳輸時(shí)延穩(wěn)定在50ms左右。
4 成功案例
eLTE-U網(wǎng)絡(luò)解決方案已于2017年成功服務(wù)于華為東莞松山湖HUB倉自動(dòng)化物流項(xiàng)目，海康機(jī)器人公司基于華為創(chuàng)新的5.8GHz免授權(quán)頻譜eLTE-U無線專網(wǎng)方案，為該倉庫提供智能倉儲(chǔ)AGV及配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)倉庫7000平方米的自動(dòng)物流運(yùn)輸，大幅度的提高倉庫運(yùn)作效率。
圖8 現(xiàn)場設(shè)置
由華為eLTE-U工業(yè)級(jí)蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)、海康智能倉儲(chǔ)機(jī)器人、機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)（RCS）和智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（iWMS）四大核心模塊組成的智能倉儲(chǔ)解決方案，以機(jī)器換人為核心理念，工人只需在工作臺(tái)操作終端進(jìn)行必要的操作，就實(shí)現(xiàn)了倉庫“貨到人”的先進(jìn)技術(shù)，提升了倉庫整體運(yùn)作效率。
eLTE-U商用組網(wǎng)的另一個(gè)典型案例是上海洋山港四期自動(dòng)化碼頭項(xiàng)目。上海洋山港是我國最大的集裝箱深水港，洋山港四期項(xiàng)目中，華為公司聯(lián)合振華重工集團(tuán)建設(shè)了覆蓋洋山四期全碼頭的eLTE-U無線專網(wǎng)，將港口TOS業(yè)務(wù)系統(tǒng)、集裝箱水平運(yùn)輸系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)等無縫融合，引入大型AGV集裝箱自動(dòng)化搬運(yùn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集裝箱搬運(yùn)“無人化”作業(yè)，集裝箱在碼頭的搬運(yùn)全部靠無人駕駛的大型AGV車完成。洋山四期碼頭自2017年12月10日商用開港以來，沒有發(fā)生過一次因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問題而導(dǎo)致的業(yè)務(wù)停擺，可靠性得到充分檢驗(yàn)和驗(yàn)證，助力洋四碼頭以全球最大的全自動(dòng)化集裝箱碼頭貫徹國家“一帶一路”戰(zhàn)略，并通過經(jīng)驗(yàn)分享，模式復(fù)制，引領(lǐng)全球全自動(dòng)化碼頭建設(shè)。
圖9 上海洋山港設(shè)備布設(shè)
聲明
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