基于TD-LTE的通信技術在武警行業(yè)的應用研究

盧 彪，周 瑋

（宿州學院 信息工程學院,安徽 宿州234000）

基于TD-LTE的通信技術在武警行業(yè)的應用研究

盧 彪，周 瑋

（宿州學院 信息工程學院,安徽 宿州234000）

信息化是我國新軍事變革的本質和核心，通信是部隊現代高新技術的集中體現之一，是建立信息化部隊的基本平臺，是部隊戰(zhàn)斗力的重要組成部分。本文基于第四代移動通信技術TD-LTE，以4G寬帶多媒體集群通信系統為例，討論了武警部隊新一代集群通信系統的系統架構、組網方式和業(yè)務應用，給出了武警部隊信息化建設的方向。

信息化建設；TD-LTE；集群通信；武警部隊應用

前言

當今時代，新軍事變革勢頭強勁、波及全球，以信息技術為主導的現代化建設成為各國軍隊追求的目標。在這種形勢下，武警部隊作為國家武裝力量的組成部分，作為維護國內安全穩(wěn)定的重要力量，必須乘勢而上、主動作為，把全面推進現代化建設作為一個全力以赴的目標。唯有如此，才能跟上時代潮流、有效履行使命，在保衛(wèi)國家安全、維護社會穩(wěn)定中做出應有貢獻[1]。

國家和軍隊現代化步伐加快要求武警部隊加速現代化建設。武警部隊的一體化、可視化、扁平化等通信需求，普遍存在語音、IP網絡接入、數據采集、視頻監(jiān)控、可視化指揮調度等傳統數字集群無法滿足的業(yè)務需求。寬帶多媒體集群系統的逐步成熟標志著國內專網演進到了“寬帶”時代，新的系統將提供多種基于寬帶的綜合業(yè)務。通過多手段通信能力，業(yè)務智能分流，實現“隨需而通、隨地而通、隨行而通”的智能通信[2]。

1 武警部隊通信裝備現狀

1.1 有線電通信

武警部隊固定的有線電通信主要租用地方有線電線路，沒有自己的專線網，在特殊情況下往往受制于人。野戰(zhàn)有線電通信主要是利用野戰(zhàn)磁石交換機、磁石電話機、電子電話機、被復線（部分利用程控交換機、自動電話）構成有線電通信網，設備陳舊，通信時效差。更重要的是通信線路技術性能的限制，難以與公網和計算機網進行信息交換進行數據通信。

1.2 無線電通信

無線電通信中的短波通信易于開設和組網，是武警部隊常用的通信手段。武警部隊已建立了總部對四個方向和機動部隊的短波通信網，各總隊也分別開設了對邊遠支隊和重要目標的短波通信專向。但是，由于短波波段易受天候、地形的影響，發(fā)密報時間長，也不容易保密。所以，隨著通信技術的進步，先后使用了自適應電臺、短波數傳電臺，技術上采用不同的分集接受技術、散射技術、漫反射技術[3]。

移動通信對于武警部隊執(zhí)勤和處置突發(fā)事件是主要的通信手段。對于執(zhí)行某種特殊業(yè)務的集團而言，首推的是集群通信系統，建立集群通信網，加上信令，可實現通播、群呼、組呼、選呼，可實現優(yōu)先級的設定，容易與作戰(zhàn)區(qū)域的野戰(zhàn)通信網實現關聯。武警部隊各總隊現已建立了350M超短波集群通信網，大部分總隊的超短波網沒有全部覆蓋其轄區(qū)，盲區(qū)比較大，而且沒有實現聯網。

1.3 衛(wèi)星通信

前述兩種通信方式無論是組網通信還是建立專向通信，都要受到地形、地物的影響，盲區(qū)比較大。衛(wèi)星通信則因其覆蓋區(qū)域大、盲區(qū)小，再加之目前的衛(wèi)星地面站逐步微型化、可移動化，尤其在山區(qū)、草原、沙漠區(qū)域和一些難以建立通信網的地方是一種很好的通信方式。而且還可以與其他通信網（在接口設備的支持下）組成綜合的通信網。目前，武警部隊在一些綜合通信車上配備了衛(wèi)星通信設備，由于沒有與武警部隊其他通信網聯網，沒有形成較大的戰(zhàn)斗力[4]。

隨著信息技術的進步和發(fā)展，武警部隊還陸續(xù)采用了各種單業(yè)務的通信手段，有數據通、視頻通、集群通、衛(wèi)星通、保密手機通等。由于設備型號的不統一、各通信系統的不關聯，不能發(fā)揮其整體性能，成為通信網絡縱橫一體化、建成信息化平臺的桎梏，亟待有新型的通信技術和通信系統將現有的通信網絡進行融合和關聯互通，亟待采用一個平臺來實現系統級的統一指揮和管理。

1.4 TD-LTE技術

TD-LTE（Long Term Evolution）是我國擁有核心自主知識產權的國際3G標準TD-SCDMA的后續(xù)演進技術，是一種專門為移動高寬帶應用而設計的無線通信標準[5]。

4G寬帶多媒體集群通信系統是以4G(TD-LTE)為核心技術，將4G的高速率、大帶寬與數字集群技術中的資源共享、快速呼叫建立、指揮調度等特點進行融合的新一代寬帶數字集群系統。同時遵循國內無線寬帶多媒體集群(BWT)標準，采用統一的交換控制和調度應用平臺，可與McWill系統、PDT系統等其他集群系統實現互聯互通，進行統一調度指揮。

該集群系統基于3GPP國際標準化組織制定的TD-LTE移動通信標準,采用了TD-LTE標準所提出的所有關鍵技術，公網業(yè)務可與2G、3G網絡實現漫游，切換等功能。

2 4G寬帶多媒體集群系統

4G寬帶多媒體集群通信系統基本定義是“基于4G寬帶無線通信技術，提供多媒體業(yè)務，以指揮調度功能為主的專用無線通信系統”。

該系統采用統一的系統架構，支持多種已經標準化的無線接入模式，具有高頻譜利用率、大區(qū)域覆蓋、組網靈活、安全可靠等特性，滿足用戶以指揮調度為主的多種業(yè)務應用需求。

2.1 系統架構

4G寬帶多媒體集群通信系統由四部分組成：接入子系統、交換控制平臺、調度應用平臺和終端。接入子系統包括MTS-RAN（中速接入子系統）、HTS-RAN（高速接入子系統）、STS-RAN（超高速接入子系統）和Other-RAN（其他接入子系統）。

4G寬帶多媒體集群通信系統采用基于TD-LTE超高速系統，具有實現語音、短數據、圖像、視頻以及分組數據業(yè)務能力；而Other-RAN則表明該架構的開放性，可以支持傳統及未來的通信系統。

4G寬帶多媒體集群通信系統主要特點：（1）統一接入：統一功能規(guī)劃、統一接口協議、統一業(yè)務流程、統一物理連接。故障弱化：采用基站自組網技術、自中繼技術、機動重組技術和終端直通技術。（2）交換控制平臺包括CS（中心控制服務器）、MGW（媒體網關）、RDS（存儲數據服務器）、T-GW（集群互聯網關）、M-GW（移動互聯網關）、F-GW（PSTN互聯網關）和S-GW（衛(wèi)星互聯網關）。系統架構如圖1所示。

主要功能包括：

圖1 系統架構圖

呼叫控制：負責呼叫建立、維持和斷開過程中控制面的控制；移動性管理：負責用戶位置信息、用戶狀態(tài)信息等管理以及交換控制平臺與各個接入子系統之間用戶數據同步；資源分配：負責對MGW和其他系統網關資源的分配，對多模式終端的資源共享分配，不同系統，不同接入模式下的資源協同分配；數據庫訪問：負責提供CS對RDS高效的數據訪問。

主要特點：

一個系統多種接入：中速、高速、超高速接入，實現寬帶多媒體集群業(yè)務；IP軟交換：控制與業(yè)務分離，提高系統響應速度；靈活組網方式：實現多系統、大區(qū)域的通信覆蓋能力；多種網關接口：實現與其他通信系統互連；多級QoS機制：根據用戶以及業(yè)務需求保證服務質量。

（3）調度應用平臺包括DC（多媒體調度臺）、ReS（錄音/錄像服務器）、SeS（安全服務器）和ApS（應用服務器）。主要功能包括多媒體調度指揮、錄音/錄像以及回放、統一安全加密機制和系統擴展應用。

主要特點：統一D接口；全網錄音/錄像；調度手段多樣性；多級加密機制。

（4）終端包括手持機、車載臺、數據卡、CPE（用戶駐地設備）、MEM（微電子器械）模塊等。

2.2 系統主要接口

4G寬帶多媒體集群通信系統的主要接口如圖2所示。

圖2 4G寬帶多媒體集群通信系統主要接口

從圖2可以看出4G寬帶多媒體集群通信系統架構的特點是：

（1）一個系統多種接入模式；（2）統一的接口標準；（3）多媒體集群業(yè)務的系統級融合；（4）具有開放性、可擴展性。

2.3 系統組網的拓撲結構

4G寬帶多媒體集群通信系統組網拓撲結構如圖3所示。

圖3 4G寬帶多媒體集群通信系統組網拓撲

該系統組網的特點是：

（1）以高速無線寬帶接入為主，兼容其它中低速業(yè)務；（2）以寬帶業(yè)務為主，兼容其它業(yè)務；（3）可以融合公眾網、數據網、空天通信網；（4）可以融合其它專用網。

3 武警部隊“4G寬帶多媒體集群系統”應用研究

3.1 系統功能和性能

4G寬帶多媒體集群系統圍繞著“語音”、“數據”、“視頻”三項基本業(yè)務來拓展寬帶業(yè)務；類型包括：組呼/可視組呼、單呼/可視單呼、緊急呼叫等語音類業(yè)務；移動信息服務、高速數據查詢、網絡瀏覽、移動辦公、定位服務等數據類業(yè)務；視頻會議、移動視頻監(jiān)控等視頻類業(yè)務[6]。

具有群呼、直呼等快速指揮調度能力；為高優(yōu)先級用戶或業(yè)務優(yōu)先分配信道；通過動態(tài)重組實現靈活的多級別分組調度指揮功能；集語音、數據、圖像和視頻的多業(yè)務傳輸能力；具有網絡互聯和故障弱化能力；支持遠程升級及版本回退。

組內用戶共享下行信道，信道資源利用率高；呼叫建立時間短，接續(xù)快；支持大熱點地區(qū)、熱點時段的大話務量能力；網絡可靠性高，具有強故障弱化和抗毀能力；支持端到端加密；覆蓋范圍廣，具有較高的經濟型。

3.2 武警行業(yè)系統應用

利用該系統的話音、數據、視頻等多媒體接入，定位跟蹤、語音集群、視頻集群等多媒體集群指揮調度等功能組成執(zhí)勤管理系統。

具體由勤務管理控制子系統、車輛信息化終端、哨位信息化終端、電子哨兵、動態(tài)勤務管控平臺等智能化的勤務管理體系構成，可以無線接入為主，兼容有線。

該系統可以實現：涵蓋全員、管理全程、保障全時、確保安全。

應急指揮通信車由小型化1.4GHz全向8通道圓陣天線、室外射頻單元CP、小型寬帶集群一體化設備（由核心網EPC和基站組成，承擔無線接入和移動管理）、指揮調度臺DC等構成。

單車覆蓋：市區(qū)1km、市郊3km、鄉(xiāng)村5km；單車容量：組呼容量不超過200組，在線用戶數不超過1200個；支持多車組網。圖4為武警應急指揮通信車。

圖4 武警應急指揮通信車

配備車載集群終端、手持集群終端、單兵頭盔終端等終端裝備，構成應急指揮系統，成為一個集成應急指揮通信設備和現代化辦公環(huán)境的機動指揮所中心[7]。裝備應急指揮通信車，可以增強部隊的快速反應及對突發(fā)事件的應急指揮調度及應急聯動能力，實現動態(tài)條件下感知現場、科學決策、高效控制、妥善處置。圖5為多車組網架構。

圖5 多車組網架構

利用該系統支持多種接入統一指揮調度的功能，將部隊現有的視頻會議系統、無線集群系統、視頻監(jiān)控系統接入統一的系統平臺進行管理，可以實現新老資源融合，統一調配，提高效率。

在條件成熟時，利用“4G寬帶多媒體集群系統”的組網能力建設總隊（師、軍級）作戰(zhàn)指揮中心。

利用該系統的融合能力，將各支隊、分隊的計算機網絡系統、電話通信系統、無線寬帶多媒體信息網絡平臺、無線數傳系統、計算機輔助指揮調度系統、衛(wèi)星定位系統、多方會議系統、視頻圖像傳輸與數字化系統、基于GIS的數據庫等子系統集成為總隊統一指揮平臺，實現了多警種、多層次的統一指揮，達到資源整合、快速反應、統一指揮的目的[8]。

還可以通過多種途徑實現總隊指揮中心與總部的互聯：

（1）通過衛(wèi)星線路，連接到總部指揮中心；

（2）借助4GModem，經運營商4G無線網絡連接到總部；

（3）通過4G LTE專網，實現與總部的互聯；

（4）借助光電轉換設備，通過光纖網絡接入到總部；

（5）直接通過有線網絡連接到總部。

通過建設總隊（師、軍級）作戰(zhàn)指揮中心，或將實現全局的“動態(tài)通聯、動態(tài)可視、動態(tài)定位、動態(tài)管控”目標，將全面推進武警部隊信息化建設創(chuàng)新發(fā)展。

4 結束語

根據武警部隊信息化建設的長期目標，通過建設信息化武警，實現跨越式發(fā)展，建成基本體系，奠定發(fā)展基礎，抓好重點深化，形成“四化”能力。目前，隨著4G TD-LTE通信技術正式商用和“寬帶多媒體集群通信系統”的推出，將大大加快武警部隊信息化建設的步伐。

通過部隊分階段的項目建設，將達到武警部隊信息化建設的長期目標中所要求的“基礎設施貫穿各級、互聯互通、傳輸快捷、安全高效”總目標，即：執(zhí)勤管理實現涵蓋全員、管理全程、保障全時、確保安全；處突反恐實現動態(tài)條件下感知現場、科學決策、高效控制、妥善處置；日常工作實現教育訓練網絡化、機關辦公自動化，提高軍事、政治后勤工作系統的指導能力和保障能力。使武警部隊在現代化條件下執(zhí)行多樣化任務的能力取得顯著提升，為構建和諧社會提供強有力的安全保障。

注釋及參考文獻：

[1]王映民等著．TD-LTE技術原理與系統設計[M]．北京：人民郵電出版社,2010．

[2][瑞典]Erik Dahlman等著；4G移動通信技術權威指南[M]．堵久輝，繆慶育譯．北京：人民郵電出版社，2012．05

[3]陳宇恒，肖竹，王洪著,LTE協議棧與信令分析[M]．北京：人民郵電出版社，2013．

[4]ELBERS,J．-P．AUTENRIETH A．From static to LTE-defined optical networks[C]//2012 16th International Conference on Optical Network Design and Modeling，2012:27-30．

[5]ITU-T G．8080/Y．1304 Architecture for the TD-LTE network．2010,18-22．

[6]ALANQAR W．Requirements for generalized TD-LTE routing for automatically switched optical network[J]．IETF draft, 2005．

[7]PAPADIMITRIOU D．Requirements for generalized TD-LTE signalling usage and extenstions for automatically switched optical network(TD-LTE)[J]．IETF draft,2005．

[8]SHIOMOTO K．Requirements for TD-LTE based multi-region and multi-layer networks[J]．IETF draft,2006．

AResearch ofApplication of the TD-LTE Communication Technology in theArmed Police Industry

LU Biao,ZHOU Wei
(School of Information Engineering,Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000)

Informatization is the essence and core of the country's new military revolution,and communication is one of the forces the concentrated reflection of modern high technology.It is the basic platform for establishing informatization troops and an important part of the battle effectiveness.This article is based on the fourth generation mobile communication technology,using 4G broadband multimedia cluster communication system as an example, discusses a new generation of cluster system architecture of communication system,network mode and business applications.It gives the direction of the informatization construction of armed police forces.

informatization construction;TD-LTE;cluster communication system;application for the armed police force

TN929．52

A

1673-1891（2015）01-0056-04

2014-07-05

盧彪（1985-），男，助教，碩士，研究方向：電信運營商計算機網絡技術的建設與發(fā)展研究。