TD-LTE寬帶數字集群技術及政務網應用研究

（江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，江蘇 南京 210019）

1 引言

智慧城市是知識社會下一代創新環境下的城市形態。智慧城市的運行涵蓋公共安全、市政管理、智能交通、環境保護、安全生產等多個方面，各方面都需要有針對性的信息化手段進行保障。但基于公眾電信網的政務網已不能滿足上述要求，需要建設將有線網絡和無線網絡相結合、固定應用和移動應用相結合、信息監控和指揮調度相結合的寬帶政務網。這樣在保障信息安全可靠的同時，可以利用視頻、語音、數據的融合通信技術來支持城市運行各方面的工作。

國內北京、天津、南京等部分城市，已經開始了無線寬帶政務網的建設試點工作。未來隨著試點的帶動效應及無線寬帶技術的成熟，無線寬帶數字集群技術的應用范圍將不斷擴大。因此，需要對基于TD-LTE技術的寬帶數字集群技術、標準、產業鏈以及在政務網中的應用方案進行研究，以便為國內無線寬帶政務網的建設提供參考。

2 典型城市無線政務網建設情況

2.1 南京

南京無線寬帶政務專網建設的目的是滿足青奧會保障、城市應急協同、城市管理與服務、智慧城市、物聯網應用等方面的需求，不斷提升政府城市管理與公共服務能力，同時進一步推動信息化基礎設施建設，帶動相關產業的發展。

南京市無線寬帶政務專網計劃覆蓋南京全市，主要包括江南六區、江寧、浦口、六合、高淳、溧水等區域。網絡采用薄覆蓋模式，以室外道路覆蓋為主要導向開展建設。

南京市無線寬帶政務專網采用TD-LTE技術，工作于1.4GHz頻段上，網絡規模約300個基站，工程計劃分3期進行建設：第1期主要覆蓋江南六區；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

北京市無線政務專網建設計劃覆蓋北京市五環路內90%的室外區域及平谷、延慶、密云、懷柔等遠郊區縣行政中心等區域。

北京市無線寬帶政務專網采用TD-LTE技術，工作于1.4GHz頻段上。計劃建設2000個基站，工程計劃分3期進行建設：第1期主要覆蓋城區和郊區中心區；第2期主要覆蓋第1期未覆蓋的六環路內區域；第3期主要覆蓋第1期、第2期未覆蓋的平原地區。

3 TD-LTE寬帶數字集群系統

3.1 標準進展

TD-LTE寬帶數字集群系統是基于我國具有自主知識產權的TD-LTE技術發展起來的。系統標準化工作從2012年開始，目前計劃編制的7個標準，已經頒布了2項，分別為《基于LTE技術的寬帶集群通信（B-TrunC）系統總體技術要求（第一階段）》（YD/T2689-2014）和《基于LTE技術的寬帶集群通信（B-TrunC）系統接口技術要求（第一階段）空中接口》（YD/T2741-2014）。另外終端到集群核心網接口、集群核心網到調度臺接口、空中接口、終端到集群核心網接口、集群核心網到調度臺接口等5項標準還在制定中。整體來看，TD-LTE寬帶數字集群系統空口技術標準已經完成，而其他接口技術及測試標準還未完成，網絡漫游及互通可能會存在一定的問題。

3.2 網絡架構

TD-LTE寬帶數字集群系統是在公網TD-LTE系統的基礎上發展起來的，因此其網絡結構與公網TD-LTE系統相似。與公網相比，TD-LTE寬帶數字集群系統變化最大的是核心網。其核心網包含eMME、xGW、eHSS、TCF、TMF等5個邏輯實體，各邏輯實體的功能要求如下：

（1）eMME

eMME：移動管理實體，負責移動性和承載管理。除了具備公網LTE系統的功能外，針對集群系統，新增的功能主要有集群NAS信令及其安全，xGW選擇，集群業務承載管理，集群業務移動性管理，接入控制和會話管理。

（2）eHSS

eHSS：簽約數據管理中心和鑒權中心。除了具備公網LTE系統的功能外，針對集群系統，新增的功能主要有集群用戶簽約信息，集群用戶業務簽約信息，集群組簽約信息，集群用戶鑒權與授權，完整性保護和加密的安全信息，集群用戶位置信息，集群用戶狀態和業務狀態信息。

（3）xGW

xGW支持集群業務承載管理、集群數據路由和轉發。除了具備公網LTE系統功能外，針對集群系統，其新增的功能主要有集群承載建立、修改和刪除，集群數據路由和轉發，集群計費信息收集。

（4）TCF

TCF：集群控制功能體，負責集群業務的調度管理。其主要支持包括語音、視頻、數據在內的多媒體集群業務調度，集群業務鑒權和授權、注冊和注銷，集群呼叫建立和釋放，話權管理，集群組信息訂閱及更新。

（5）TMF

TMF：集群媒體功能體，負責集群業務的數據傳輸。其主要功能有集群用戶面管理，集群業務數據的路由和轉發，集群業務數據的復制和分發，集群業務媒體編解碼轉換。

TD-LTE寬帶數字集群系統主要是在公網TD-LTE系統上增加了部分功能，具體如表1所示：

表1 TD-LTE寬帶數字集群系統功能

3.3 產業鏈發展

TD-LTE公眾移動通信在全球范圍內已經規模商用，芯片、設備、終端等產業鏈已經成熟。基于TDLTE技術發展起來的寬帶數字集群技術，可以充分借助TD-LTE公網所形成的技術研發、設備生產、網絡優化等方面強大的支撐能力，降低TD-LTE寬帶數字集群系統的成本，提升產品性能，加速行業應用。

2012年11月，我國通信標準化協會啟動了寬帶集群（B-TrunC）系統系列標準制定。2014年5月27日，在北京，由工信部電信研究院聯合相關行業單位共同發起，成立了寬帶集群（B-TrunC）產業聯盟。該產業聯盟主要包括設備制造企業、科研院所、網絡運營企業等16家單位。目前中興、華為、鼎橋的TDLTE寬帶集群設備已經在北京、天津、南京的政務網絡中進行規模商用。B-TrunC產業聯盟的成立和多個城市寬帶數字集群網絡的建設，標志著B-TrunC產業鏈的逐步成熟。

2014年11月WP5A會議上，我國提出的寬帶集群（B-TrunC）系統標準成為ITU國際標準，這加速了TD-LTE寬帶數字集群產業鏈的商用進程。

4 無線政務網組網方案

4.1 總體方案

基于TD-LTE寬帶數字集群技術的無線政務網一般由終端、接入網、核心網、調度控制中心和操作維護中心等5部分構成，其系統架構如圖1所示：

圖1 基于TD-LTE技術的無線寬帶政務網架構

4.2 基站站型

基于寬帶數字集群系統的無線政務網建設需要重點關注網絡結構。由于頻譜資源受限的原因，TD-LTE寬帶數字集群系統多采用同頻組網的方式進行建設。而同頻組網，網絡結構是影響系統性能的重要因素。因此在無線寬帶政務網的建設中，需要在保證基本蜂窩結構的基礎上，根據用戶分布和可選站點的物業情況對網絡結構進行適當調整。在進行具體基站建設時，需要根據網絡建設的覆蓋和容量要求確定基站站型。

目前網絡建設主要包含全向基站和定向基站兩種站型，其特點分別如下：

（1）全向基站

優點：采用全向天線進行建設，主設備需求較少，網絡建設成本相對較低。

缺點：網絡覆蓋性能和容量相對較差。

（2）定向基站

優點：采用定向天線進行建設，網絡覆蓋性能和容量性能較好。

缺點：網絡建設成本較高。

在實際網絡工程建設中，由于定向基站在覆蓋性能和容量性能方面具有巨大的優勢，其已經成為網絡建設的首選方式。

4.3 基站設置

寬帶無線政務網是一個綜合的系統，每一個基站站址選擇的合理與否不僅關系到自身的網絡性能，而且還可能影響網絡結構，從而影響網絡的整體性能。因此網絡規劃和建設時，需要重點關注基站的選址問題。在網絡建設，站點選擇時，應遵循以下原則：

（1）根據網絡蜂窩結構，站點選址應滿足蜂窩結構要求；

（2）根據用戶分布情況，站址應設在用戶集中地區；

（3）為了保持蜂窩結構，應合理確定天線高度、方向角和下傾角等參數；

（4）為了達到有效覆蓋，天線主瓣方向200m范圍內應無明顯的遮擋；

（5）為了避免干擾，基站應遠離大功率無線電發射臺、大功率電視發射臺、大功率雷達站或其它強干擾源等；

（6）站址應有較好的衛生環境，不宜設在生產過程中散發有害氣體、煙霧、粉塵、有害物質的工業、企業附近。

4.4 頻段選擇

目前可供TD-LTE寬帶數字集群系統選擇的頻段主要有兩個：1447—1467MHz、1785—1805MHz，上述兩個頻段的特點如下：

（1）1447—1467MHz

該頻段是北京、天津、南京等地無線政務網使用的頻段。該頻段頻點低，覆蓋距離遠，非常適合TDLTE室外覆蓋，并且該20MHz頻段作為政府專用頻段，可以做到專網專用，網絡容量大，且該頻段與其他網絡間存在的干擾較小。由于該頻段是專用頻段，需要向國家無線電管理委員會申請。

（2）1785—1805MHz

考慮到1785—1805MHz頻段與現網GSM1800相鄰，實際使用該頻段進行TD-LTE組網時，1785—1790MHz、1800—1805HMz留作保護帶，中間1790—1800MHz的10MHz帶寬用于TD-LTE組網。該頻段是公共頻段，使用時需向無委進行報備，但該頻段可能會被其他部門使用，且該頻段與其他網絡間存在的干擾較大。

從無線政務網的建設來看，1.4GHz頻段已在北京、天津、南京等地獲批并開展了規模建設。從網絡性能、抗干擾能力及后續業務發展等方面考慮，建議優先選擇1.4GHz頻段進行無線政務網建設。

4.5 終端形態

目前TD-LTE寬帶數字集群產業鏈已經趨于完善，設備形態多樣，具體如下：

（1）數據卡：為單個用戶提供網絡接入；

（2）CPE：將LTE信號轉換成Wi-Fi信號；

（3）嵌入式模塊：為個人便攜終端提供可在多網間自由切換的無線數據通信能力；

（4）手持集群終端：為個人提供寬帶多媒體集群功能；

（5）MID/平板電腦：提供無縫網絡互連，確保用戶隨時隨地接入網絡。

在實際網絡運營中，應根據應用場景的特點和用戶習慣，靈活地選用終端設備。

5 寬帶數字集群與窄帶集群融合組網

基于TD-LTE的寬帶數字集群系統已經成熟，已經成為未來集群系統建設的首選。同時由于TETRA等窄帶數字集群系統具有技術成熟、建網成本低、語音調度功能強等優勢，其仍然具備很強的生命力。因此TD-LTE寬帶數字集群與窄帶數字集群將長期共存，融合發展。

（1）業務融合

窄帶數字集群系統由于技術成熟，建網成本低，頻譜需求低等特點，主要承載城市應急指揮通訊和諸多行業的話音指揮和調度。而TD-LTE寬帶數字集群系統，具有高速數據傳輸能力，主要定位為多媒體指揮調度應用。

（2）網絡融合

寬帶數字集群和窄帶數字集群系統互相補充，融合發展，需要實現系統間的互聯互通。目前階段可以通過使用集群網關，連接不同系統的核心網，以實現互聯互通。隨著技術的不斷發展，未來不同系統之間將可以采用共用核心網的方式實現互聯互通。

（3）基礎設施融合

TD-LTE寬帶數字集群系統建設可以盡量充分地利用窄帶數字集群系統已建成的設施（包括機房、鐵塔、電源、傳輸線等），盡可能發揮原有通信設施的潛力，避免重復投資，降低建設運營成本，提高系統的建設速度。

6 結束語

隨著物聯網、智慧城市等應用的發展，高清視頻、圖像傳輸等高帶寬網絡需求已經成為制約城市建設的關鍵因素。基于TD-LTE寬帶數字集群的無線政務網建設可以采用系統的管理方式讓城市中各個功能彼此協調運作，為高效政務管理和應急指揮提供可靠保證。在北京、南京等無線政務網建設的帶動下，我國無線政務網的建設和發展必將得到進一步的推進。

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