專網(wǎng)通信中無(wú)線技術(shù)選擇及比較研究

王永斌 中國(guó)信息通信研究院產(chǎn)業(yè)與規(guī)劃研究所高級(jí)工程師

1 引言

隨著技術(shù)發(fā)展和需求的驅(qū)動(dòng)，無(wú)線專網(wǎng)在公共安全、軌道交通、電力等諸多行業(yè)發(fā)揮了極其重要的作用。無(wú)線專網(wǎng)接入側(cè)也根據(jù)業(yè)務(wù)需要，使用了PDT、TETRA、TD-LTE、WLAN、W iMAX等不同無(wú)線技術(shù)，各種技術(shù)根據(jù)不同的技術(shù)特點(diǎn)滿足著業(yè)務(wù)需求。在無(wú)線專網(wǎng)領(lǐng)域，沒(méi)有一個(gè)“屠龍術(shù)”技術(shù)能滿足高帶寬、廣域覆蓋、高可靠等業(yè)務(wù)特性，只能根據(jù)不同的行業(yè)需求特點(diǎn)去選擇不同的技術(shù)，更好地推動(dòng)無(wú)線專網(wǎng)應(yīng)用的普及，最大限度地滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)專網(wǎng)的需求。

2 無(wú)線專網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求及功能需求

2.1 無(wú)線專網(wǎng)內(nèi)涵

國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有明確地對(duì)無(wú)線專網(wǎng)下過(guò)定義，國(guó)際上一般用Private Network代表專網(wǎng)通信，無(wú)線專網(wǎng)業(yè)界普遍指的是為特定的部門或群體（如政務(wù)和公共安全等行業(yè)）提供安全可靠的無(wú)線服務(wù)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)一般與公眾蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立。無(wú)線專網(wǎng)與公眾移動(dòng)通信兩者具有本質(zhì)區(qū)別，彼此無(wú)法替代，又相互補(bǔ)充。

2.2 無(wú)線專網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外諸多的政府部門或行業(yè)提出了對(duì)無(wú)線專網(wǎng)的需求，發(fā)展了包括政務(wù)、公共安全、城市管理、應(yīng)急通信、公共服務(wù)以及城市軌道交通、電力等一系列的無(wú)線專網(wǎng)。

（1）電子政務(wù)

通過(guò)無(wú)線專網(wǎng)擴(kuò)展政府的日常辦公場(chǎng)所，行政部門的檢查、執(zhí)法、檢驗(yàn)所產(chǎn)生或需要的信息數(shù)據(jù)均可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)上傳或下載。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線辦公，提高政務(wù)處理的實(shí)時(shí)性和效率。同時(shí)，專網(wǎng)應(yīng)用可推動(dòng)政府機(jī)構(gòu)工作流程的重組優(yōu)化，提升政府運(yùn)作效率。

（2）公共安全

公共區(qū)域的安全數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)無(wú)線攝像頭、傳感器、移動(dòng)終端等前端設(shè)備采集，通過(guò)無(wú)線專網(wǎng)，實(shí)時(shí)傳回指揮中心，供指揮人員了解現(xiàn)場(chǎng)狀況，并通過(guò)無(wú)線專網(wǎng)將決策指令實(shí)時(shí)傳達(dá)到附近執(zhí)勤人員，確保城市公共安全。

（3）應(yīng)急聯(lián)動(dòng)

現(xiàn)階段城市各部門的無(wú)線通信系統(tǒng)大多獨(dú)立建設(shè)，技術(shù)制式、標(biāo)準(zhǔn)、架構(gòu)多樣，彼此之間難以互聯(lián)互通，通過(guò)寬帶無(wú)線集群專網(wǎng)的建設(shè)和共網(wǎng)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)跨部門信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)融合、共享。無(wú)線專網(wǎng)能助力城市重大活動(dòng)和應(yīng)急事件保障的跨部門聯(lián)動(dòng)指揮。

（4）城市管理

城市管理部門可以將現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法、調(diào)度指揮、遙控遙測(cè)、故障警示等一些特殊部門的應(yīng)用搭載在無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)之上，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高效的調(diào)度指揮信息化系統(tǒng)，提升城市管理智能化水平。

（5）軌道交通

能更好地承載列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC）、視頻監(jiān)控（CCTV）、緊急信息、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、集群調(diào)度語(yǔ)音通信以及全自動(dòng)駕駛模式乘客聯(lián)動(dòng)視頻等城市軌道交通通信綜合業(yè)務(wù)需求，保證列車安全、高效運(yùn)行，提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)和自動(dòng)化程度。

（6）機(jī)場(chǎng)管理

開(kāi)展航班定位監(jiān)控、無(wú)線調(diào)度、移動(dòng)視頻監(jiān)控等民航專業(yè)化應(yīng)用，滿足機(jī)場(chǎng)服務(wù)中移動(dòng)語(yǔ)音、高清視頻、大容量數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)等需求，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)各駐場(chǎng)單位高效可靠的工作協(xié)調(diào)、生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等，提升民航服務(wù)質(zhì)量。

（7）其他

除以上需求外，高速公路、大中型企業(yè)、各地新區(qū)/開(kāi)發(fā)區(qū)、以及遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療、水電氣服務(wù)、公共交通等市民服務(wù)也對(duì)寬帶無(wú)線專網(wǎng)應(yīng)用提出了廣泛的需求。

2.3 功能需求分析

（1）集群語(yǔ)音業(yè)務(wù)

集群語(yǔ)音業(yè)務(wù)主要是滿足政府部門、企業(yè)集群指揮調(diào)度的需要，包括組呼、單工個(gè)呼、雙工個(gè)呼、廣播呼叫等語(yǔ)音調(diào)度業(yè)務(wù)，應(yīng)用于需要協(xié)作的場(chǎng)合。

（2）寬帶多媒體集群業(yè)務(wù)

與傳統(tǒng)窄帶集群業(yè)務(wù)相比，寬帶多媒體集群的接入帶寬有了較大提升，支持語(yǔ)音集群、圖片、視頻圖像等多媒體信息的指揮調(diào)度。

（3）寬帶無(wú)線接入業(yè)務(wù)

寬帶無(wú)線接入業(yè)務(wù)主要以WLAN、LTE等技術(shù)為接入手段，滿足視頻通話、視頻回傳、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)需求。

值得注意的是，目前除了極個(gè)別用戶僅有集群語(yǔ)音業(yè)務(wù)的需求外，隨著4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的廣泛普及，僅依靠窄帶集群系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法承載用戶對(duì)多媒體集群指揮調(diào)度業(yè)務(wù)的需求。在利用集群通信系統(tǒng)進(jìn)行指揮調(diào)度的過(guò)程中，要求不僅要“聽(tīng)得到”，還要“看得見(jiàn)”。寬帶多媒體集群業(yè)務(wù)和寬帶無(wú)線接入業(yè)務(wù)是大勢(shì)所趨，但寬窄帶融合并存是很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展路徑。

3 無(wú)線專網(wǎng)涉及的無(wú)線技術(shù)及技術(shù)特點(diǎn)比較

3.1 無(wú)線專網(wǎng)環(huán)境下所使用的主要無(wú)線技術(shù)

（1）窄帶數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)代表——TETRA

數(shù)字集群中比較有代表性的是TETRA技術(shù)，TETRA是ETSI制定的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，是第一個(gè)在制定之初就以調(diào)度指揮作為目標(biāo)的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)技術(shù)也是全世界應(yīng)用最為廣泛的窄帶數(shù)字集群技術(shù)，除了北美（主要是美國(guó)、加拿大）、日本市場(chǎng)占有率較低外，在其他地區(qū)基本都占有優(yōu)勢(shì)，在歐洲則是占據(jù)統(tǒng)治地位。世界上的主流TETRA廠商基本都在歐洲，歐洲很多國(guó)家都有覆蓋全國(guó)的TETRA網(wǎng)絡(luò)。在我國(guó)北京、廣州、深圳、上海、南京等城市均擁有TETRA城市網(wǎng)；另外，在我國(guó)地鐵、港口、機(jī)場(chǎng)、礦山、大型工廠等行業(yè)擁有自己的TETRA網(wǎng)絡(luò)，TETRA網(wǎng)絡(luò)較為普及。

（2）警用數(shù)字集群技術(shù)——PDT

PDT是公安部科信局在2010年發(fā)布的一種警用數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，可滿足多數(shù)集群通信行業(yè)用戶的需求。PDT標(biāo)準(zhǔn)主要定位于公共安全、公共事業(yè)、工商業(yè)等專業(yè)用戶群體。PDT標(biāo)準(zhǔn)以中國(guó)公安市場(chǎng)為基礎(chǔ)，兼顧不同級(jí)別用戶需求及網(wǎng)絡(luò)實(shí)際建設(shè)需要，既支持低成本單基站系統(tǒng)通信，也能做到高效的大區(qū)制覆蓋，滿足全國(guó)范圍公安應(yīng)急通信指揮網(wǎng)的建設(shè)要求。在地震、風(fēng)災(zāi)、社會(huì)治安等緊急突發(fā)事件中，能迅速接入公安現(xiàn)有GIS調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)、高效率指揮調(diào)度、高質(zhì)量語(yǔ)音及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽⒕哂醒杆夙憫?yīng)、安全保密的特點(diǎn)。

（3）B-TrunC寬帶集群通信

B-TrunC寬帶集群通信是基于TD-LTE的“LTE數(shù)字傳輸+集群語(yǔ)音通信”專網(wǎng)寬帶集群系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。2015年，B-TrunC寬帶集群通信成為ITU推薦的首個(gè)支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)語(yǔ)音和多媒體集群調(diào)度的公共安全與減災(zāi)應(yīng)用的LTE寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)。在保證兼容LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了語(yǔ)音集群基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，以及多媒體集群調(diào)度等寬帶集群業(yè)務(wù)功能，具有靈活帶寬、高頻譜效率、低時(shí)延、高可靠性的特征，能夠滿足專業(yè)用戶對(duì)語(yǔ)音集群、寬帶數(shù)據(jù)、應(yīng)急指揮調(diào)度等需求。

（4）WLAN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

近20年來(lái)，局域網(wǎng)技術(shù)最蓬勃的非WLAN技術(shù)莫屬。WLAN有許多對(duì)應(yīng)的接入規(guī)范，均在IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)之中，目前已經(jīng)發(fā)布的系列標(biāo)準(zhǔn)有IEEE 802.11a/b/g/n/ac等，業(yè)內(nèi)最關(guān)注的是802.11ax標(biāo)準(zhǔn)化情況。802.11ax，也稱為高效無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（High-Efficiency Wireless，HEW），通過(guò)一系列系統(tǒng)特性和多種機(jī)制來(lái)增加系統(tǒng)容量（包括使用了MU-M IMO技術(shù)，物理層采用OFDMA等），使用戶獲得更好的體驗(yàn)，尤其是在密集用戶環(huán)境中，為更多的用戶提供一致和可靠的數(shù)據(jù)吞吐量。

802.11ax無(wú)疑是繼802.11ac技術(shù)之后最有潛力的寬帶無(wú)線通信技術(shù)，高通公司已經(jīng)發(fā)布了802.11ax商用芯片，為該技術(shù)進(jìn)入實(shí)際商用奏響了進(jìn)行曲，但該標(biāo)準(zhǔn)的正式公布可能預(yù)計(jì)將推遲到2019年。

（5）M cWiLL、WiMAX等

M cWiLL是國(guó)內(nèi)北京信威通信自主研發(fā)的移動(dòng)寬帶無(wú)線接入（BWA）系統(tǒng)，也是SCDMA綜合無(wú)線接入技術(shù)的寬帶演進(jìn)版，能為行業(yè)客戶提供多種滿足不同層次需求的行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用。W iMAX以IEEE 802.16的系列寬頻無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 各種無(wú)線技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)特點(diǎn)比較

相比于公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，專網(wǎng)通信技術(shù)更新相對(duì)緩慢，但是專網(wǎng)通信也是朝著寬帶化、多媒體化發(fā)展。到目前為止，此領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)也未能形成統(tǒng)一，寬窄帶技術(shù)長(zhǎng)期共存，某種程度上是由于產(chǎn)業(yè)鏈、應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)特點(diǎn)共同決定的。以公安領(lǐng)域?yàn)槔?，可能未?lái)是PDT+LTE方案，窄帶集群作為話音調(diào)度覆蓋廣大區(qū)域，LTE專網(wǎng)作為熱點(diǎn)地區(qū)覆蓋，提供寬帶業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體集群。從表1的技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，也能反映這種寬窄帶長(zhǎng)期共存的技術(shù)邏輯。

表1 PDT、Tetra、TD-LTE典型技術(shù)指標(biāo)

窄帶系統(tǒng)速率低，但覆蓋范圍非常大；寬帶系統(tǒng)速率很高，但相應(yīng)地覆蓋范圍急劇下降。帶來(lái)的重要影響是，需要建設(shè)的基站數(shù)量呈平方指數(shù)增加。因此，在已有窄帶系統(tǒng)鋪設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行完全的窄帶替換需要很大投資。

另外，在一些行業(yè)專網(wǎng)通信領(lǐng)域，也存在一些尚未統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的各種技術(shù)組網(wǎng)方案。從表2來(lái)看，M cWiLL、WiMAX、TD-LTE都是采用先進(jìn)的OFDMA調(diào)制技術(shù)，其他技術(shù)指標(biāo)區(qū)別不是很大，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)TD-LTE技術(shù)得到最廣泛的應(yīng)用，其主要的原因是 TD-LTE技術(shù)得到了眾多主流廠家支持，產(chǎn)業(yè)鏈更加成熟。

在一些局域性質(zhì)的數(shù)據(jù)視頻傳輸場(chǎng)景中，WLAN技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用，一是WLAN產(chǎn)業(yè)鏈很成熟，二是WLAN技術(shù)提供的數(shù)據(jù)吞吐量得到快速提升。從最初的2Mbit/s，到802.11b的11Mbit/s和802.11a/g的54Mbit/s，再到802.11n的600Mbit/s，發(fā)展到現(xiàn)今的802.11ac，最高可以提供1Gbit/s以上的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

3.3 典型專網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景（軌道交通）及所使用的無(wú)線技術(shù)

在很多行業(yè)應(yīng)用中，根據(jù)業(yè)務(wù)的使用特點(diǎn)，存在多種技術(shù)共存的情況，所以技術(shù)特點(diǎn)也需要與業(yè)務(wù)需求等統(tǒng)籌考慮。本文選取典型的軌道交通應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)分析其中的業(yè)務(wù)和所選擇的無(wú)線技術(shù)。

隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行以及軌道交通自動(dòng)化程度的不斷提高，城市軌道交通車地通信的重要性不斷加強(qiáng)，為了保證城市軌道交通安全，一般的軌道交通有基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）、車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、CCTV（視頻監(jiān)控）、PIS（乘客信息系統(tǒng)）、調(diào)度語(yǔ)音通信系統(tǒng)等業(yè)務(wù)。

（1）列車控制系統(tǒng)（CBTC）、車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、CCTV（視頻監(jiān)控）等業(yè)務(wù)，主要考慮基于LTE技術(shù)的無(wú)線專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，目前各地主要使用1.8GHz的頻段承載，能夠?qū)崿F(xiàn)列車間距和速度防護(hù)、列車自動(dòng)運(yùn)行與調(diào)度，列車運(yùn)行狀態(tài)（電流、電壓、軸溫等）的監(jiān)控，以及列車調(diào)度等功能。

（2）PIS系統(tǒng)可以向乘客發(fā)布更直觀、更形象的各種有用信息，有助于提高城市軌道交通行業(yè)為乘客服務(wù)的水平和運(yùn)營(yíng)的服務(wù)質(zhì)量?？紤]到1.8GHz的頻段有限，可以采用WLAN技術(shù)視頻或圖像信息的上下行傳輸。

（3）語(yǔ)音集群調(diào)度業(yè)務(wù)，有的軌道交通網(wǎng)絡(luò)原本已經(jīng)投資建設(shè)TETRA系統(tǒng)，該類業(yè)務(wù)可以使用既有的TETRA技術(shù)滿足相應(yīng)的需求，也可以考慮采用LTE寬帶集群實(shí)現(xiàn)。

表2 McW iLL、WiMAX、TD-LTE典型技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)束語(yǔ)

受益于國(guó)家對(duì)政府與公共安全的重視，以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，我國(guó)專網(wǎng)通信特別是無(wú)線專網(wǎng)呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢(shì)。在實(shí)際的應(yīng)用中，無(wú)線專網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)脫離了純技術(shù)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式，正在走向業(yè)務(wù)需求與技術(shù)相互結(jié)合發(fā)展的新趨勢(shì)。在具體的應(yīng)用實(shí)踐中，需要考慮專網(wǎng)業(yè)務(wù)的實(shí)際應(yīng)用需求，原有采用的技術(shù)制式以及原有的網(wǎng)絡(luò)和終端的投資情況等多種因素，不能一味采用統(tǒng)一的技術(shù)制式來(lái)滿足業(yè)務(wù)需求，這樣才能在實(shí)事求是的基礎(chǔ)上促進(jìn)專網(wǎng)通信的發(fā)展。

中興通訊榮獲2018中國(guó)SD-WAN峰會(huì)“優(yōu)秀應(yīng)用”與“創(chuàng)新應(yīng)用”兩項(xiàng)大獎(jiǎng)

11月3日，2018年度SD-WAN優(yōu)秀應(yīng)用評(píng)選活動(dòng)于中國(guó)SD-WAN峰會(huì)期間揭曉結(jié)果。中興通訊攜手歐洲電信運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展的SD-WAN創(chuàng)新實(shí)踐榮獲“優(yōu)秀應(yīng)用獎(jiǎng)”；中興通訊Office-in-Box打造的南京光電子產(chǎn)業(yè)云互聯(lián)創(chuàng)新小鎮(zhèn)摘得“創(chuàng)新應(yīng)用獎(jiǎng)”。此次獲獎(jiǎng)表明，憑借持續(xù)創(chuàng)新的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，中興通訊SD-WAN解決方案積極實(shí)踐，幫助運(yùn)營(yíng)商及行業(yè)客戶實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，獲取了新價(jià)值。

中興通訊聯(lián)合歐洲知名電信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行的SD-WAN創(chuàng)新實(shí)踐，采用Elastic SD-WAN解決方案，按需部署thinCPE、thickCPE、vCPE，通過(guò)ZENICONE控制器進(jìn)行統(tǒng)一管理和編排，為企業(yè)提供分支互聯(lián)和業(yè)務(wù)入云服務(wù)。該方案能夠幫助企業(yè)用戶加快業(yè)務(wù)部署，簡(jiǎn)化運(yùn)維，提升帶寬利用率，降低CAPEX及OPEX；同時(shí)保障服務(wù)質(zhì)量、提升用戶體驗(yàn)。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)開(kāi)展SD-WAN業(yè)務(wù)，可以便捷地展示業(yè)務(wù)，增加用戶粘性；簡(jiǎn)化運(yùn)維，增收減支?；贜FV技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放uCPE嵌入式虛擬化平臺(tái)和IaaS/PaaS平臺(tái)，引入了增值業(yè)務(wù)廠商提供的VNF軟件，有利于形成產(chǎn)業(yè)整體良性發(fā)展的生態(tài)圈。