TD-LTE上行增强关键技术研究与试验验证
文｜何作峰 宋吉福 董政权 李迎星 周华 【期刊名称】中国信息化 【年(卷),期】2018(000)004 【总页数】3
我国石油工业的“十一五”、“十二五”规划都明确提出了建设数字化油田、智能油田的目标。“建立以计算机技术、互联网技术、多信息融合技术，油藏地质数字模型为基础的”数字化油田。数字化油田建设的核心就是信息化建设，通过为油田建设一个“集管理、调度、监控、监视等功能为一体的信息化系统”，使得油气田作业及运行操作更加安全、有序、有效。
现青海油田通过示范工程一期和二期工程，已初步完成数字化油田的构建，成功建成基于TD-LTE技术的油田专网，基本满足了青海油田的生产业务需要。 在系统建设与应用期间，随着油田数字化理念的不断深入，各种数字化无线业务在油田开始逐步推广应用。为满足各项业务对无线传输带宽的更高要求，亟需研究利用TD-LTE新技术对专网容量进行提升，为进一步推动油气生产物联网项目建设扫清技术障碍。
一、TD-LTE无线通信技术介绍
1. TD-LTE关键技术
正交频分复用（OFDM）技术 智能天线技术（SA）
多输入多输出（MIMO）技术 2. TD-LTE无线通信技术优势
TD-LTE无线通信技术作为当前无线通信发展的主流技术之一，采用了正交频分复用（OFDM）、智能天线、波束赋形、多输入多输出（MIMO）等先进技术，主要优势如下：
（1）具有很高的数据传输速率。下行、上行传输速率分别可达100、50Mbps。 （2）采用扁平的网络结构，大大降低了传输时延，业务面传输时延小于5ms。 （3）实现真正的无缝漫游。 （4）高度智能化的网络。 （5）良好的覆盖性能。 （6）基于IP的网络。 （7）实现不同QoS的业务。
二、油田TD-LTE无线专网新需求和产品方案设计
1. TD-LTE无线专网容量提升需求
随着油田数字化理念的不断深入，各种数字化无线业务在油田开始应用，如对关键区域的无线视频监控业务、无线多媒体集群对讲业务、企业移动办公业务、油井巡检业务、远程诊断协助业务，等等。这些业务大多需要占用较高的传输带宽，尤其是需要占用很高的上行传输带宽。为满足各项业务对无线传输容量的更高要求，需研究利用TD-LTE新技术对专网容量进行提升。 2. TD-LTE无线专网容量提升方案
TD-LTE有4个业务时隙，公网应用以上下时隙配比1:3为主。而油田的业务以上行业务为主，因此需要进一步引入3GPP合作组织的新特性以提升上行业务带宽。提升手段包括配置上下行时隙配比支持3:1或2:2、启用上行MU-MIMO特性。
当上下行时隙配比为2：2时，开启上行MU-MIMO特性对上行传输带宽提升效果明显；当上下行时隙配比为3：1时，上行MU-MIMO对上行传输带宽提升效果较差。因此，可以采用以下两种方案提升上行业务带宽： （1）配置上下时隙配比为3：1，不启动MU-MIMO特性； （2）配置上下时隙配比为2：2，同时启用MUMIMO特性。
可以根据油田的实际情况，灵活采用上述两种方案，提升上行业务带宽。 因公网用户一般下行业务远多于上行业务，对下行带宽的需求也远高于对上行带宽的需求，因此公网产品一般不会采用配置0的时隙配比方式，也无需启用上行MUMIMO特性。也正是因为该原因，对这两个特性的研究、测试、应用都不够充分。
为满足油田需要，我们在充分研究3GPP的相关特性和关键技术的基础上，成功研制了适用于行业用户的新型的核心网、基站及终端产品，在这些行业专网产品上完整地实现了上行MU-MIMO特性和支持时隙配比配置0（3U：1D）的配置方式，经实验室测试和外场测试，新研制产品对系统上行带宽性能提高达到了预期的设计目标。
三、油田TD-LTE无线专网系统关键技术研究
1. TD-LTE无线专网上行MU-MIMO特性关键技术 （1）上行MU-MIMO的基本原理
上行多用户MIMO是指利用空间不相关特性使多个用户在相同的时频资源位置上传输各自的数据流。来自不同终端发送的数据流占用相同的时频资源，从基站看，就如同接收从同一个“虚拟终端”的多个数据流一样，从而构成了一个虚拟MIMO系统，如下图所示。采用多用户MIMO可以有效提升小区的平均
TD-LTE上行增强关键技术研究与试验验证
