我國(guó)專網(wǎng)LTE的發(fā)展探討

鄭祖輝

中國(guó)電子學(xué)會(huì)通信學(xué)分會(huì)副主任

專用移動(dòng)通信專家委員會(huì)主任

目前有許多部門和單位（特別是已經(jīng)建了數(shù)字集群通信系統(tǒng)的），都提出了我國(guó)數(shù)字集群通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寬帶應(yīng)該怎么發(fā)展的問(wèn)題。

專網(wǎng)寬帶應(yīng)該是指專網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的提速，而不是指話音業(yè)務(wù)寬帶，事實(shí)上話音業(yè)務(wù)速率現(xiàn)在是朝越來(lái)越低速發(fā)展（從上個(gè)世紀(jì)七、八十年代的波形編碼PCM的64kbps發(fā)展到32kbps、16kbps的△M、CVSD，一直到現(xiàn)在已經(jīng)是波形編碼和參量編碼兩者結(jié)合的混合編碼的2.4kbps、1.2kbps，甚至是600bps）；而數(shù)據(jù)帶寬卻是越來(lái)越寬，兩者正朝著相反的方向發(fā)展。

1 關(guān)于專用移動(dòng)通信

專用移動(dòng)通信的重要性本文就不多談了。目前，我國(guó)專用移動(dòng)網(wǎng)的數(shù)量可能還遠(yuǎn)不及公用移動(dòng)網(wǎng)數(shù)量的一個(gè)零頭，但專用移動(dòng)通信的作用卻是不可或缺的。

ITU于1998年3月專門為Digital Trunking（數(shù)字集群通信）發(fā)布了一份題為“用于調(diào)度業(yè)務(wù)的高效頻譜的數(shù)字陸上移動(dòng)通信系統(tǒng)（Spectrum Efficient Digital Land Mobile System for dispatch traffic）”（ITU-R37/8）的文件。從題目上看，它明確了數(shù)字集群通信的核心和特點(diǎn)是“調(diào)度業(yè)務(wù)（Dispatch traffic）”、“陸上移動(dòng)通信系統(tǒng)（Land Mobile System）”和“高效頻譜（Spectrum Efficient）”。它又規(guī)定數(shù)字集群通信應(yīng)具有用戶終端業(yè)務(wù)（Teleservices）、承載業(yè)務(wù)（Bearer services）和補(bǔ)充業(yè)務(wù)（Supplimentary services）等三種業(yè)務(wù)。其中用戶終端業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)合在一起又稱為基本業(yè)務(wù)。

文件還規(guī)定數(shù)字集群通信的功能有以下一些要求，包括：呼叫控制功能、移動(dòng)性管理功能、鑒權(quán)認(rèn)證、加密（又分空中接口加密和端到端加密）、故障弱化、虛擬專網(wǎng)以及直通工作方式（包括基本工作方式、轉(zhuǎn)發(fā)器工作方式和集群網(wǎng)關(guān)工作方式）等。

那么，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字集群通信的調(diào)度業(yè)務(wù)（Dispatch traffic）和高效頻譜？

要做到“高效頻譜”，需要采用好的多址接入方式（TDMA、CDMA以及它們的混合方式）；要通過(guò)“按鍵講話（PTT）”功能以及采用“動(dòng)態(tài)共享若干個(gè)信道”技術(shù)，即動(dòng)態(tài)分配信道等措施。大家所熟知的所謂300ms的指標(biāo)也就是從這里提出來(lái)的。

而要滿足“指揮調(diào)度”的要求，則必須具備數(shù)字集群通信的基本業(yè)務(wù)和功能的保障，特別是話音調(diào)度業(yè)務(wù)；需要具有所謂300ms的快速的接入時(shí)間；需要具有極強(qiáng)的指揮調(diào)度功能，如指揮調(diào)度等級(jí)劃分、動(dòng)態(tài)重組、靈活的調(diào)度臺(tái)設(shè)置、脫網(wǎng)直通、話音和低速數(shù)據(jù)（或短消息）的快速轉(zhuǎn)換等等以及要有良好的抗干擾性能——采用好的數(shù)字調(diào)制方式（效率高、抗干擾性強(qiáng)）等。

其后，ITU還專門成立了PPDR（Public Protection and Disaster Relief，公共保護(hù)和搶險(xiǎn)救災(zāi)，簡(jiǎn)稱公共安全通信）。他們把PPDR歸納的突發(fā)公共事件分為以下4個(gè)方面：

（1）自然災(zāi)害：主要包括水、旱、氣象、地震、海洋、生物和森林草原火災(zāi)等災(zāi)害；

（2）事故災(zāi)難：主要包括工、礦、商、貿(mào)等企業(yè)的各類安全事故，交通運(yùn)輸事故，公共設(shè)施和設(shè)備事故，環(huán)境污染和生態(tài)破壞事件等；

（3）公共衛(wèi)生事件：主要包括傳染病疫情，群體性不明原因疾病，食品安全和職業(yè)危害，動(dòng)物疫情，以及其他嚴(yán)重影響公眾健康和生命安全的事件：

（4）社會(huì)安全事件：主要包括恐怖襲擊事件，經(jīng)濟(jì)安全事件和涉外突發(fā)事件等。

所以，PPDR規(guī)定的無(wú)線通信除了應(yīng)對(duì)日常工作狀態(tài)下各部門在職責(zé)范圍內(nèi)的例行工作（無(wú)重大應(yīng)急處置任務(wù)）和搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)下的最低要求外，還要能處置重大突發(fā)事件或公共事件（包括火災(zāi)和重大活動(dòng)的安保，如大型活動(dòng)，政府首腦會(huì)議等等）時(shí)的需要，以及發(fā)生災(zāi)難時(shí)（洪水、地震、冰災(zāi)、風(fēng)暴等自然災(zāi)害和大規(guī)模暴亂或武裝沖突）時(shí)的需要。

可見(jiàn)，作為應(yīng)急通信所需要的專用移動(dòng)通信，應(yīng)考慮采用話音、高速數(shù)據(jù)和視頻等技術(shù)，而且話音是最重要的、也是必須具備的業(yè)務(wù)。

這也許就是專網(wǎng)移動(dòng)通信和公網(wǎng)移動(dòng)通信的最大不同之處。

趁此，重提一下TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)。ETSA從1989年開(kāi)始立項(xiàng)論證TETRA，并明確把它定位于政府和公共安全服務(wù)使用。TETRA經(jīng)過(guò)差不多8年時(shí)間，至1997年才生產(chǎn)出第一套TETRA設(shè)備。目前，TETRA已經(jīng)成為各國(guó)任務(wù)關(guān)鍵型（Mission Critical）和安全關(guān)鍵型（Safety Critical）通信的首選體制。它也是國(guó)際上十余個(gè)數(shù)字集群通信技術(shù)體制中功能最豐富、技術(shù)最成熟、使用最廣泛的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)際TETRA和關(guān)鍵通信協(xié)會(huì)（TCCA）于2013年初提供的數(shù)據(jù)：從1997年TETRA開(kāi)始商用到現(xiàn)在，在全球已有125個(gè)國(guó)家部署了超過(guò)1 200個(gè)TETRA網(wǎng)絡(luò)，使用終端設(shè)備超過(guò)400萬(wàn)部；而截至2013年10月底，TETRA在中國(guó)已經(jīng)建成接近220個(gè)TETRA網(wǎng)絡(luò)，使用終端設(shè)備約40萬(wàn)部。現(xiàn)已投入運(yùn)行的TETRA網(wǎng)絡(luò)涵蓋政府、公安、武警、軍隊(duì)和公益性企業(yè)等用于城市管理和公共安全的大、中型網(wǎng)絡(luò)，以及用于城市軌道交通、機(jī)場(chǎng)、港口、水務(wù)、電力、石油天然氣及工礦企業(yè)等一批大、中、小型網(wǎng)絡(luò)。TETRA網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用于2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2009年建國(guó)60周年閱兵和游行、2010年上海世博會(huì)、2010年廣州亞運(yùn)會(huì)、2011年深圳大運(yùn)會(huì)、2013年沈陽(yáng)第12屆全運(yùn)會(huì)和南京亞青會(huì)等具有國(guó)際、國(guó)內(nèi)重要影響的特大型活動(dòng)，為安保、交通、后勤、組委會(huì)提供快捷、可靠、安全的指揮調(diào)度通信保障，受到各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和一線使用人員的好評(píng)。在突發(fā)的“5.12”汶川大地震、“4.20”雅安強(qiáng)震等搶險(xiǎn)救災(zāi)中，現(xiàn)場(chǎng)快速部署的TETRA系統(tǒng)也發(fā)揮了重要作用。TETRA的調(diào)度功能和可靠的組網(wǎng)能力為奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)、亞運(yùn)會(huì)、大運(yùn)會(huì)等提供了數(shù)以千計(jì)的通話組，靈活的跨組織橫向協(xié)同通信，實(shí)現(xiàn)車輛定位、個(gè)人定位，以及短信息和分組數(shù)據(jù)應(yīng)用。針對(duì)重大活動(dòng)的開(kāi)、閉幕式和突發(fā)事件產(chǎn)生的大話務(wù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊，TETRA能夠提供最優(yōu)的解決方案和應(yīng)對(duì)措施。endprint

2 對(duì)LTE的一些簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)

我國(guó)的專用移動(dòng)通信向LTE的發(fā)展方向是肯定的，也相信會(huì)很快發(fā)展。但是專網(wǎng)LTE從幾年前的起步到普遍、成熟的應(yīng)用，可能還是需要一定的時(shí)間。

目前TETRA正處于“久盛不衰、方興未艾”的時(shí)期，估計(jì)至少還有5～10年的發(fā)展期。因此這段時(shí)間很可能是TETRA和LTE并存時(shí)期。至于什么時(shí)候TETRA退出市場(chǎng)或者說(shuō)稱為TETRA over LTE，則要看LTE系統(tǒng)中的窄帶話音通信體制的發(fā)展和成熟快慢而定，即什么時(shí)候能夠替代TETRA。

LTE具有高的通信速率和頻譜效率，在20MHz最大帶寬時(shí)，下行可達(dá)100Mbps、上行可達(dá)50Mbps；頻譜利用率下行為5bit/s/Hz、上行為2.5bit/s/Hz。LTE支持多種帶寬，具有系統(tǒng)部署上的靈活性。LTE除了可支持20MHz最大帶寬外，還可支持15MHz、10MHz、5MHz、3MHz、1.4MHz等幾種帶寬，以及相應(yīng)的速率。另外它還有具有高移動(dòng)性（如適用于高鐵）、分組交換與QoS保證和扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。

由于我國(guó)數(shù)字集群通信800MHz的頻段早已定為806—821MHz和851—866MHz，共2×15MHz，有600對(duì)載波；而專網(wǎng)LTE國(guó)外普遍使用的是700MHz頻段。但700MHz這個(gè)頻段，我國(guó)早已分配給廣電使用，因此，國(guó)家無(wú)線電管理局只能把專網(wǎng)LTE頻段暫定為1 447—1 467MHz，共20MHz（可用作1個(gè)載波）。此外無(wú)線電管理局還指配了336—344MHz頻段的8MHz可供寬帶數(shù)據(jù)使用。另外據(jù)了解，國(guó)家無(wú)線電管理局對(duì)專網(wǎng)寬帶頻譜和數(shù)字集群通信的頻譜的指配是不同的：窄帶是按各專業(yè)的需求指配，而寬帶則是按區(qū)域分配。

目前來(lái)看，LTE專網(wǎng)有兩種發(fā)展的方式：

一種是建一個(gè)單獨(dú)的LTE網(wǎng)絡(luò)，它既具有窄帶話音，又具有寬帶數(shù)據(jù)，一張網(wǎng)、一個(gè)頻段、一個(gè)終端，使用方便。它比較適用于原來(lái)沒(méi)有建設(shè)數(shù)字集群通信網(wǎng)的地域和部門?？梢砸徊降轿?，避免建設(shè)兩張網(wǎng)（即先建一張窄帶專網(wǎng)，再建一張寬帶專網(wǎng)）。但是這個(gè)窄帶話音網(wǎng)能否達(dá)到或接近目前已經(jīng)大量建設(shè)的TETRA系統(tǒng)的指揮調(diào)度水平，尚存疑慮，而且這個(gè)專網(wǎng)LTE的標(biāo)準(zhǔn)什么時(shí)候能夠制訂和發(fā)布也不得而知。

另一種是基于現(xiàn)在有許多地域和部門已經(jīng)投資建了諸如TETRA等窄帶話音指揮調(diào)度網(wǎng)，因此較為現(xiàn)實(shí)地考慮采用兼顧窄帶話音指揮調(diào)度和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的解決方案，即窄帶和寬帶的融合。話音用已建的指揮調(diào)度通信網(wǎng)，寬帶數(shù)據(jù)用LTE網(wǎng)。確實(shí)，現(xiàn)在TETRA在國(guó)內(nèi)已建有接近220個(gè)網(wǎng)絡(luò)，投資估計(jì)已達(dá)100億元，肯定不可能全部廢除而重新投資再建一個(gè)專用LTE網(wǎng)。也就像目前我國(guó)公網(wǎng)三大運(yùn)營(yíng)商剛開(kāi)始運(yùn)營(yíng)4G，但終究還有約10億的2G用戶，不能將其取消。所以有人提出了TETRA-LTE（類似還有GSMR-LTE、GoTa-LTE等等），兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的融合。兩張網(wǎng)可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)寬、窄帶的互通，或者可以在交換控制中心實(shí)現(xiàn)融合。

目前來(lái)看，兩張網(wǎng)的融合是完全可以實(shí)現(xiàn)的，但也得分步走。例如TETRA-LTE可能先實(shí)現(xiàn)“TETRA+LTE”，再過(guò)若干年后實(shí)現(xiàn)“TETRA over LTE”，完全實(shí)現(xiàn)一張網(wǎng)的目標(biāo)。但這個(gè)“若干年”很可能是8～10年時(shí)間。按照TCCA發(fā)布的時(shí)間是在2020年以后。

3 對(duì)發(fā)展專網(wǎng)LTE的幾個(gè)問(wèn)題

基于以上的分析和我國(guó)集群系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)，就專網(wǎng)LTE的發(fā)展特提出如下問(wèn)題供大家討論：

（1）寬帶是需要頻率來(lái)支撐的，目前的1 447—

1 467MHz的20MHz頻段帶寬夠不夠用？

（2）寬帶數(shù)據(jù)和話音通信的關(guān)系如何處理？是一個(gè)網(wǎng)還是兩個(gè)網(wǎng)并存？在寬帶網(wǎng)中話音和數(shù)據(jù)是并傳還是各傳各的？

（3）寬帶數(shù)據(jù)專網(wǎng)中的話音通信需不需要符合國(guó)家已經(jīng)批準(zhǔn)的體制標(biāo)準(zhǔn)？需不需要和已建的數(shù)字集群通信網(wǎng)互聯(lián)互通（包括空中接口的統(tǒng)一等）？因?yàn)槟壳拔覈?guó)已批準(zhǔn)和建成運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)有4個(gè)系統(tǒng)。是否要考慮寬帶專網(wǎng)的話音通信和已建的數(shù)字集群網(wǎng)相互聯(lián)通？

（4）各類用戶對(duì)專網(wǎng)LTE有什么樣的需求？是否可共用一個(gè)網(wǎng)、而此網(wǎng)用一種速率就能滿足各方的要求？各類專網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)是否都需要使用100Mbps這么高的速率？

（5）將來(lái)擬選用哪一種或幾種方案？還是幾種方案并存？（即擬采用多寬的帶寬？如目前有500kbps左右的中速、相當(dāng)于3G的高速和相當(dāng)于4G的超高速）。

（6）我國(guó)的專網(wǎng)LTE的市場(chǎng)有多大？如何發(fā)展？

（7）包括頻段、帶寬、組網(wǎng)方式、運(yùn)營(yíng)和運(yùn)行等，專網(wǎng)和共網(wǎng)的LTE應(yīng)用是否一樣？

（8）專用寬帶網(wǎng)將怎么運(yùn)營(yíng)或運(yùn)行。是各專業(yè)部門自己管理運(yùn)行，還是由運(yùn)營(yíng)商來(lái)運(yùn)營(yíng)。寬帶的運(yùn)營(yíng)和窄帶的運(yùn)營(yíng)會(huì)不會(huì)是相同的？有沒(méi)有獨(dú)立建自己部門寬帶專網(wǎng)的需求？有些專業(yè)部門是否可以借用寬帶公網(wǎng)（與寬帶融合）？等等。endprint