我國專網LTE的發展探討

鄭祖輝

中國電子學會通信學分會副主任

專用移動通信專家委員會主任

目前有許多部門和單位（特別是已經建了數字集群通信系統的），都提出了我國數字集群通信系統的數據寬帶應該怎么發展的問題。

專網寬帶應該是指專網數據業務的提速，而不是指話音業務寬帶，事實上話音業務速率現在是朝越來越低速發展（從上個世紀七、八十年代的波形編碼PCM的64kbps發展到32kbps、16kbps的△M、CVSD，一直到現在已經是波形編碼和參量編碼兩者結合的混合編碼的2.4kbps、1.2kbps，甚至是600bps）；而數據帶寬卻是越來越寬，兩者正朝著相反的方向發展。

1 關于專用移動通信

專用移動通信的重要性本文就不多談了。目前，我國專用移動網的數量可能還遠不及公用移動網數量的一個零頭，但專用移動通信的作用卻是不可或缺的。

ITU于1998年3月專門為Digital Trunking（數字集群通信）發布了一份題為“用于調度業務的高效頻譜的數字陸上移動通信系統（Spectrum Efficient Digital Land Mobile System for dispatch traffic）”（ITU-R37/8）的文件。從題目上看，它明確了數字集群通信的核心和特點是“調度業務（Dispatch traffic）”、“陸上移動通信系統（Land Mobile System）”和“高效頻譜（Spectrum Efficient）”。它又規定數字集群通信應具有用戶終端業務（Teleservices）、承載業務（Bearer services）和補充業務（Supplimentary services）等三種業務。其中用戶終端業務和承載業務合在一起又稱為基本業務。

文件還規定數字集群通信的功能有以下一些要求，包括：呼叫控制功能、移動性管理功能、鑒權認證、加密（又分空中接口加密和端到端加密）、故障弱化、虛擬專網以及直通工作方式（包括基本工作方式、轉發器工作方式和集群網關工作方式）等。

那么，如何實現數字集群通信的調度業務（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“按鍵講話（PTT）”功能以及采用“動態共享若干個信道”技術，即動態分配信道等措施。大家所熟知的所謂300ms的指標也就是從這里提出來的。

而要滿足“指揮調度”的要求，則必須具備數字集群通信的基本業務和功能的保障，特別是話音調度業務；需要具有所謂300ms的快速的接入時間；需要具有極強的指揮調度功能，如指揮調度等級劃分、動態重組、靈活的調度臺設置、脫網直通、話音和低速數據（或短消息）的快速轉換等等以及要有良好的抗干擾性能——采用好的數字調制方式（效率高、抗干擾性強）等。

其后，ITU還專門成立了PPDR（Public Protection and Disaster Relief，公共保護和搶險救災，簡稱公共安全通信）。他們把PPDR歸納的突發公共事件分為以下4個方面：

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

（2）事故災難：主要包括工、礦、商、貿等企業的各類安全事故，交通運輸事故，公共設施和設備事故，環境污染和生態破壞事件等；

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

（4）社會安全事件：主要包括恐怖襲擊事件，經濟安全事件和涉外突發事件等。

所以，PPDR規定的無線通信除了應對日常工作狀態下各部門在職責范圍內的例行工作（無重大應急處置任務）和搶險救災現場下的最低要求外，還要能處置重大突發事件或公共事件（包括火災和重大活動的安保，如大型活動，政府首腦會議等等）時的需要，以及發生災難時（洪水、地震、冰災、風暴等自然災害和大規模暴亂或武裝沖突）時的需要。

可見，作為應急通信所需要的專用移動通信，應考慮采用話音、高速數據和視頻等技術，而且話音是最重要的、也是必須具備的業務。

這也許就是專網移動通信和公網移動通信的最大不同之處。

趁此，重提一下TETRA數字集群通信系統。ETSA從1989年開始立項論證TETRA，并明確把它定位于政府和公共安全服務使用。TETRA經過差不多8年時間，至1997年才生產出第一套TETRA設備。目前，TETRA已經成為各國任務關鍵型（Mission Critical）和安全關鍵型（Safety Critical）通信的首選體制。它也是國際上十余個數字集群通信技術體制中功能最豐富、技術最成熟、使用最廣泛的國際標準。根據國際TETRA和關鍵通信協會（TCCA）于2013年初提供的數據：從1997年TETRA開始商用到現在，在全球已有125個國家部署了超過1 200個TETRA網絡，使用終端設備超過400萬部；而截至2013年10月底，TETRA在中國已經建成接近220個TETRA網絡，使用終端設備約40萬部?，F已投入運行的TETRA網絡涵蓋政府、公安、武警、軍隊和公益性企業等用于城市管理和公共安全的大、中型網絡，以及用于城市軌道交通、機場、港口、水務、電力、石油天然氣及工礦企業等一批大、中、小型網絡。TETRA網絡已應用于2008年北京奧運會、2009年建國60周年閱兵和游行、2010年上海世博會、2010年廣州亞運會、2011年深圳大運會、2013年沈陽第12屆全運會和南京亞青會等具有國際、國內重要影響的特大型活動，為安保、交通、后勤、組委會提供快捷、可靠、安全的指揮調度通信保障，受到各級領導和一線使用人員的好評。在突發的“5.12”汶川大地震、“4.20”雅安強震等搶險救災中，現場快速部署的TETRA系統也發揮了重要作用。TETRA的調度功能和可靠的組網能力為奧運會、世博會、亞運會、大運會等提供了數以千計的通話組，靈活的跨組織橫向協同通信，實現車輛定位、個人定位，以及短信息和分組數據應用。針對重大活動的開、閉幕式和突發事件產生的大話務量對網絡的沖擊，TETRA能夠提供最優的解決方案和應對措施。endprint

2 對LTE的一些簡單認識

我國的專用移動通信向LTE的發展方向是肯定的，也相信會很快發展。但是專網LTE從幾年前的起步到普遍、成熟的應用，可能還是需要一定的時間。

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

LTE具有高的通信速率和頻譜效率，在20MHz最大帶寬時，下行可達100Mbps、上行可達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，以及相應的速率。另外它還有具有高移動性（如適用于高鐵）、分組交換與QoS保證和扁平化網絡結構等。

由于我國數字集群通信800MHz的頻段早已定為806—821MHz和851—866MHz，共2×15MHz，有600對載波；而專網LTE國外普遍使用的是700MHz頻段。但700MHz這個頻段，我國早已分配給廣電使用，因此，國家無線電管理局只能把專網LTE頻段暫定為1 447—1 467MHz，共20MHz（可用作1個載波）。此外無線電管理局還指配了336—344MHz頻段的8MHz可供寬帶數據使用。另外據了解，國家無線電管理局對專網寬帶頻譜和數字集群通信的頻譜的指配是不同的：窄帶是按各專業的需求指配，而寬帶則是按區域分配。

目前來看，LTE專網有兩種發展的方式：

一種是建一個單獨的LTE網絡，它既具有窄帶話音，又具有寬帶數據，一張網、一個頻段、一個終端，使用方便。它比較適用于原來沒有建設數字集群通信網的地域和部門?？梢砸徊降轿?，避免建設兩張網（即先建一張窄帶專網，再建一張寬帶專網）。但是這個窄帶話音網能否達到或接近目前已經大量建設的TETRA系統的指揮調度水平，尚存疑慮，而且這個專網LTE的標準什么時候能夠制訂和發布也不得而知。

另一種是基于現在有許多地域和部門已經投資建了諸如TETRA等窄帶話音指揮調度網，因此較為現實地考慮采用兼顧窄帶話音指揮調度和寬帶數據業務的解決方案，即窄帶和寬帶的融合。話音用已建的指揮調度通信網，寬帶數據用LTE網。確實，現在TETRA在國內已建有接近220個網絡，投資估計已達100億元，肯定不可能全部廢除而重新投資再建一個專用LTE網。也就像目前我國公網三大運營商剛開始運營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），兩個網絡的融合。兩張網可以通過網關來實現寬、窄帶的互通，或者可以在交換控制中心實現融合。

目前來看，兩張網的融合是完全可以實現的，但也得分步走。例如TETRA-LTE可能先實現“TETRA+LTE”，再過若干年后實現“TETRA over LTE”，完全實現一張網的目標。但這個“若干年”很可能是8～10年時間。按照TCCA發布的時間是在2020年以后。

3 對發展專網LTE的幾個問題

基于以上的分析和我國集群系統發展的現實，就專網LTE的發展特提出如下問題供大家討論：

（1）寬帶是需要頻率來支撐的，目前的1 447—

1 467MHz的20MHz頻段帶寬夠不夠用？

（2）寬帶數據和話音通信的關系如何處理？是一個網還是兩個網并存？在寬帶網中話音和數據是并傳還是各傳各的？

（3）寬帶數據專網中的話音通信需不需要符合國家已經批準的體制標準？需不需要和已建的數字集群通信網互聯互通（包括空中接口的統一等）？因為目前我國已批準和建成運行的網絡有4個系統。是否要考慮寬帶專網的話音通信和已建的數字集群網相互聯通？

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

（5）將來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、相當于3G的高速和相當于4G的超高速）。

（6）我國的專網LTE的市場有多大？如何發展？

（7）包括頻段、帶寬、組網方式、運營和運行等，專網和共網的LTE應用是否一樣？

（8）專用寬帶網將怎么運營或運行。是各專業部門自己管理運行，還是由運營商來運營。寬帶的運營和窄帶的運營會不會是相同的？有沒有獨立建自己部門寬帶專網的需求？有些專業部門是否可以借用寬帶公網（與寬帶融合）？等等。endprint