TD-LTE寬帶數(shù)字集群技術(shù)及政務(wù)網(wǎng)應(yīng)用研究

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210019）

1 引言

智慧城市是知識(shí)社會(huì)下一代創(chuàng)新環(huán)境下的城市形態(tài)。智慧城市的運(yùn)行涵蓋公共安全、市政管理、智能交通、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)等多個(gè)方面，各方面都需要有針對性的信息化手段進(jìn)行保障。但基于公眾電信網(wǎng)的政務(wù)網(wǎng)已不能滿足上述要求，需要建設(shè)將有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合、固定應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用相結(jié)合、信息監(jiān)控和指揮調(diào)度相結(jié)合的寬帶政務(wù)網(wǎng)。這樣在保障信息安全可靠的同時(shí)，可以利用視頻、語音、數(shù)據(jù)的融合通信技術(shù)來支持城市運(yùn)行各方面的工作。

國內(nèi)北京、天津、南京等部分城市，已經(jīng)開始了無線寬帶政務(wù)網(wǎng)的建設(shè)試點(diǎn)工作。未來隨著試點(diǎn)的帶動(dòng)效應(yīng)及無線寬帶技術(shù)的成熟，無線寬帶數(shù)字集群技術(shù)的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。因此，需要對基于TD-LTE技術(shù)的寬帶數(shù)字集群技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)鏈以及在政務(wù)網(wǎng)中的應(yīng)用方案進(jìn)行研究，以便為國內(nèi)無線寬帶政務(wù)網(wǎng)的建設(shè)提供參考。

2 典型城市無線政務(wù)網(wǎng)建設(shè)情況

2.1 南京

南京無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)建設(shè)的目的是滿足青奧會(huì)保障、城市應(yīng)急協(xié)同、城市管理與服務(wù)、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面的需求，不斷提升政府城市管理與公共服務(wù)能力，同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

南京市無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)計(jì)劃覆蓋南京全市，主要包括江南六區(qū)、江寧、浦口、六合、高淳、溧水等區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)采用薄覆蓋模式，以室外道路覆蓋為主要導(dǎo)向開展建設(shè)。

南京市無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)采用TD-LTE技術(shù)，工作于1.4GHz頻段上，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模約300個(gè)基站，工程計(jì)劃分3期進(jìn)行建設(shè)：第1期主要覆蓋江南六區(qū)；第2期主要覆蓋浦口、六合和江寧；第3期主要覆蓋高淳和溧水。

2.2 北京

北京市無線政務(wù)專網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃覆蓋北京市五環(huán)路內(nèi)90%的室外區(qū)域及平谷、延慶、密云、懷柔等遠(yuǎn)郊區(qū)縣行政中心等區(qū)域。

北京市無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)采用TD-LTE技術(shù)，工作于1.4GHz頻段上。計(jì)劃建設(shè)2000個(gè)基站，工程計(jì)劃分3期進(jìn)行建設(shè)：第1期主要覆蓋城區(qū)和郊區(qū)中心區(qū)；第2期主要覆蓋第1期未覆蓋的六環(huán)路內(nèi)區(qū)域；第3期主要覆蓋第1期、第2期未覆蓋的平原地區(qū)。

3 TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)是基于我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-LTE技術(shù)發(fā)展起來的。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作從2012年開始，目前計(jì)劃編制的7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)頒布了2項(xiàng)，分別為《基于LTE技術(shù)的寬帶集群通信（B-TrunC）系統(tǒng)總體技術(shù)要求（第一階段）》（YD/T2689-2014）和《基于LTE技術(shù)的寬帶集群通信（B-TrunC）系統(tǒng)接口技術(shù)要求（第一階段）空中接口》（YD/T2741-2014）。另外終端到集群核心網(wǎng)接口、集群核心網(wǎng)到調(diào)度臺(tái)接口、空中接口、終端到集群核心網(wǎng)接口、集群核心網(wǎng)到調(diào)度臺(tái)接口等5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還在制定中。整體來看，TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)空口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，而其他接口技術(shù)及測試標(biāo)準(zhǔn)還未完成，網(wǎng)絡(luò)漫游及互通可能會(huì)存在一定的問題。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)是在公網(wǎng)TD-LTE系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與公網(wǎng)TD-LTE系統(tǒng)相似。與公網(wǎng)相比，TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)變化最大的是核心網(wǎng)。其核心網(wǎng)包含eMME、xGW、eHSS、TCF、TMF等5個(gè)邏輯實(shí)體，各邏輯實(shí)體的功能要求如下：

（1）eMME

eMME：移動(dòng)管理實(shí)體，負(fù)責(zé)移動(dòng)性和承載管理。除了具備公網(wǎng)LTE系統(tǒng)的功能外，針對集群系統(tǒng)，新增的功能主要有集群NAS信令及其安全，xGW選擇，集群業(yè)務(wù)承載管理，集群業(yè)務(wù)移動(dòng)性管理，接入控制和會(huì)話管理。

（2）eHSS

eHSS：簽約數(shù)據(jù)管理中心和鑒權(quán)中心。除了具備公網(wǎng)LTE系統(tǒng)的功能外，針對集群系統(tǒng)，新增的功能主要有集群用戶簽約信息，集群用戶業(yè)務(wù)簽約信息，集群組簽約信息，集群用戶鑒權(quán)與授權(quán)，完整性保護(hù)和加密的安全信息，集群用戶位置信息，集群用戶狀態(tài)和業(yè)務(wù)狀態(tài)信息。

（3）xGW

xGW支持集群業(yè)務(wù)承載管理、集群數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)。除了具備公網(wǎng)LTE系統(tǒng)功能外，針對集群系統(tǒng)，其新增的功能主要有集群承載建立、修改和刪除，集群數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)，集群計(jì)費(fèi)信息收集。

（4）TCF

TCF：集群控制功能體，負(fù)責(zé)集群業(yè)務(wù)的調(diào)度管理。其主要支持包括語音、視頻、數(shù)據(jù)在內(nèi)的多媒體集群業(yè)務(wù)調(diào)度，集群業(yè)務(wù)鑒權(quán)和授權(quán)、注冊和注銷，集群呼叫建立和釋放，話權(quán)管理，集群組信息訂閱及更新。

（5）TMF

TMF：集群媒體功能體，負(fù)責(zé)集群業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能有集群用戶面管理，集群業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，集群業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的復(fù)制和分發(fā)，集群業(yè)務(wù)媒體編解碼轉(zhuǎn)換。

TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)主要是在公網(wǎng)TD-LTE系統(tǒng)上增加了部分功能，具體如表1所示：

表1 TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)功能

3.3 產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

TD-LTE公眾移動(dòng)通信在全球范圍內(nèi)已經(jīng)規(guī)模商用，芯片、設(shè)備、終端等產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟?；赥DLTE技術(shù)發(fā)展起來的寬帶數(shù)字集群技術(shù)，可以充分借助TD-LTE公網(wǎng)所形成的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面強(qiáng)大的支撐能力，降低TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)的成本，提升產(chǎn)品性能，加速行業(yè)應(yīng)用。

2012年11月，我國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)啟動(dòng)了寬帶集群（B-TrunC）系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)制定。2014年5月27日，在北京，由工信部電信研究院聯(lián)合相關(guān)行業(yè)單位共同發(fā)起，成立了寬帶集群（B-TrunC）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。該產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主要包括設(shè)備制造企業(yè)、科研院所、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營企業(yè)等16家單位。目前中興、華為、鼎橋的TDLTE寬帶集群設(shè)備已經(jīng)在北京、天津、南京的政務(wù)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行規(guī)模商用。B-TrunC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立和多個(gè)城市寬帶數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，標(biāo)志著B-TrunC產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟。

2014年11月WP5A會(huì)議上，我國提出的寬帶集群（B-TrunC）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)成為ITU國際標(biāo)準(zhǔn)，這加速了TD-LTE寬帶數(shù)字集群產(chǎn)業(yè)鏈的商用進(jìn)程。

4 無線政務(wù)網(wǎng)組網(wǎng)方案

4.1 總體方案

基于TD-LTE寬帶數(shù)字集群技術(shù)的無線政務(wù)網(wǎng)一般由終端、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、調(diào)度控制中心和操作維護(hù)中心等5部分構(gòu)成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

圖1 基于TD-LTE技術(shù)的無線寬帶政務(wù)網(wǎng)架構(gòu)

4.2 基站站型

基于寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)的無線政務(wù)網(wǎng)建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于頻譜資源受限的原因，TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)多采用同頻組網(wǎng)的方式進(jìn)行建設(shè)。而同頻組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是影響系統(tǒng)性能的重要因素。因此在無線寬帶政務(wù)網(wǎng)的建設(shè)中，需要在保證基本蜂窩結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶分布和可選站點(diǎn)的物業(yè)情況對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在進(jìn)行具體基站建設(shè)時(shí)，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的覆蓋和容量要求確定基站站型。

目前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要包含全向基站和定向基站兩種站型，其特點(diǎn)分別如下：

（1）全向基站

優(yōu)點(diǎn)：采用全向天線進(jìn)行建設(shè)，主設(shè)備需求較少，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本相對較低。

缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能和容量相對較差。

（2）定向基站

優(yōu)點(diǎn)：采用定向天線進(jìn)行建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能和容量性能較好。

缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本較高。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)中，由于定向基站在覆蓋性能和容量性能方面具有巨大的優(yōu)勢，其已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選方式。

4.3 基站設(shè)置

寬帶無線政務(wù)網(wǎng)是一個(gè)綜合的系統(tǒng)，每一個(gè)基站站址選擇的合理與否不僅關(guān)系到自身的網(wǎng)絡(luò)性能，而且還可能影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能。因此網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注基站的選址問題。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，站點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

（1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)蜂窩結(jié)構(gòu)，站點(diǎn)選址應(yīng)滿足蜂窩結(jié)構(gòu)要求；

（2）根據(jù)用戶分布情況，站址應(yīng)設(shè)在用戶集中地區(qū)；

（3）為了保持蜂窩結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理確定天線高度、方向角和下傾角等參數(shù)；

（4）為了達(dá)到有效覆蓋，天線主瓣方向200m范圍內(nèi)應(yīng)無明顯的遮擋；

（5）為了避免干擾，基站應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺(tái)、大功率電視發(fā)射臺(tái)、大功率雷達(dá)站或其它強(qiáng)干擾源等；

（6）站址應(yīng)有較好的衛(wèi)生環(huán)境，不宜設(shè)在生產(chǎn)過程中散發(fā)有害氣體、煙霧、粉塵、有害物質(zhì)的工業(yè)、企業(yè)附近。

4.4 頻段選擇

目前可供TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)選擇的頻段主要有兩個(gè)：1447—1467MHz、1785—1805MHz，上述兩個(gè)頻段的特點(diǎn)如下：

（1）1447—1467MHz

該頻段是北京、天津、南京等地?zé)o線政務(wù)網(wǎng)使用的頻段。該頻段頻點(diǎn)低，覆蓋距離遠(yuǎn)，非常適合TDLTE室外覆蓋，并且該20MHz頻段作為政府專用頻段，可以做到專網(wǎng)專用，網(wǎng)絡(luò)容量大，且該頻段與其他網(wǎng)絡(luò)間存在的干擾較小。由于該頻段是專用頻段，需要向國家無線電管理委員會(huì)申請。

（2）1785—1805MHz

考慮到1785—1805MHz頻段與現(xiàn)網(wǎng)GSM1800相鄰，實(shí)際使用該頻段進(jìn)行TD-LTE組網(wǎng)時(shí)，1785—1790MHz、1800—1805HMz留作保護(hù)帶，中間1790—1800MHz的10MHz帶寬用于TD-LTE組網(wǎng)。該頻段是公共頻段，使用時(shí)需向無委進(jìn)行報(bào)備，但該頻段可能會(huì)被其他部門使用，且該頻段與其他網(wǎng)絡(luò)間存在的干擾較大。

從無線政務(wù)網(wǎng)的建設(shè)來看，1.4GHz頻段已在北京、天津、南京等地獲批并開展了規(guī)模建設(shè)。從網(wǎng)絡(luò)性能、抗干擾能力及后續(xù)業(yè)務(wù)發(fā)展等方面考慮，建議優(yōu)先選擇1.4GHz頻段進(jìn)行無線政務(wù)網(wǎng)建設(shè)。

4.5 終端形態(tài)

目前TD-LTE寬帶數(shù)字集群產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)趨于完善，設(shè)備形態(tài)多樣，具體如下：

（1）數(shù)據(jù)卡：為單個(gè)用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入；

（2）CPE：將LTE信號(hào)轉(zhuǎn)換成Wi-Fi信號(hào)；

（3）嵌入式模塊：為個(gè)人便攜終端提供可在多網(wǎng)間自由切換的無線數(shù)據(jù)通信能力；

（4）手持集群終端：為個(gè)人提供寬帶多媒體集群功能；

（5）MID/平板電腦：提供無縫網(wǎng)絡(luò)互連，確保用戶隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場景的特點(diǎn)和用戶習(xí)慣，靈活地選用終端設(shè)備。

5 寬帶數(shù)字集群與窄帶集群融合組網(wǎng)

基于TD-LTE的寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)已經(jīng)成熟，已經(jīng)成為未來集群系統(tǒng)建設(shè)的首選。同時(shí)由于TETRA等窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、建網(wǎng)成本低、語音調(diào)度功能強(qiáng)等優(yōu)勢，其仍然具備很強(qiáng)的生命力。因此TD-LTE寬帶數(shù)字集群與窄帶數(shù)字集群將長期共存，融合發(fā)展。

（1）業(yè)務(wù)融合

窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)由于技術(shù)成熟，建網(wǎng)成本低，頻譜需求低等特點(diǎn)，主要承載城市應(yīng)急指揮通訊和諸多行業(yè)的話音指揮和調(diào)度。而TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)，具有高速數(shù)據(jù)傳輸能力，主要定位為多媒體指揮調(diào)度應(yīng)用。

（2）網(wǎng)絡(luò)融合

寬帶數(shù)字集群和窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)互相補(bǔ)充，融合發(fā)展，需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。目前階段可以通過使用集群網(wǎng)關(guān)，連接不同系統(tǒng)的核心網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來不同系統(tǒng)之間將可以采用共用核心網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施融合

TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)建設(shè)可以盡量充分地利用窄帶數(shù)字集群系統(tǒng)已建成的設(shè)施（包括機(jī)房、鐵塔、電源、傳輸線等），盡可能發(fā)揮原有通信設(shè)施的潛力，避免重復(fù)投資，降低建設(shè)運(yùn)營成本，提高系統(tǒng)的建設(shè)速度。

6 結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等應(yīng)用的發(fā)展，高清視頻、圖像傳輸?shù)雀邘捑W(wǎng)絡(luò)需求已經(jīng)成為制約城市建設(shè)的關(guān)鍵因素?；赥D-LTE寬帶數(shù)字集群的無線政務(wù)網(wǎng)建設(shè)可以采用系統(tǒng)的管理方式讓城市中各個(gè)功能彼此協(xié)調(diào)運(yùn)作，為高效政務(wù)管理和應(yīng)急指揮提供可靠保證。在北京、南京等無線政務(wù)網(wǎng)建設(shè)的帶動(dòng)下，我國無線政務(wù)網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展必將得到進(jìn)一步的推進(jìn)。

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