基于TD—LTE的水務無線寬帶網絡系統研究

錢煜哲++李浩寧

摘要：本文研究以第四代移動通信技術TD-LTE為核心，將TD-LTE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，研究一套集語音、數據、視頻為一體的寬帶多媒體數字集群網絡，為防汛應急搶險、水文數據采集等水務應用提供無線寬帶通信鏈路。

關鍵詞：TD-LTE 水務應用

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0052-01

1 系統需求

該系統需同時具備專業集群通信性能、高可靠性和高實時性數據傳輸以及多媒體調度的能力，能夠提供寬帶無線傳輸業務，支持與水務各信息應用平臺應用對接，一張網絡同時支持寬帶數據傳輸和集群調度，滿足水務專網語音、數據和視頻通信綜合調度的需求。

1.1 語音集群調度

系統支持專業集群呼叫、緊急呼叫、私密呼叫、DMO等功能。

1.2 寬帶無線數據傳輸

在水務日常巡檢和防汛緊急任務時，可實現采集現場數據實時上傳、查詢遠端服務器數據、移動政務辦公、人員車輛定位等功能。在水務視頻監控系統應用中，可以為固定點監控和移動車載監控提供實時視頻回傳的寬帶網絡，實現可視化指揮。

1.3 系統保密及安全性

系統具備較高的保密及安全性，提供無線空口、端到端的語音、數據加密及QOS控制，可保障特殊情況下的重要業務暢通。

2 關鍵技術

采用OFDMA、MIMO、小區間干擾抑制技術、鏈路自適應技術等TD-LTE的關鍵技術，同時還采用空中接口數據鏈路模型、網絡安全管理技術和服務策略等，保證網絡語音集群功能的高效性和網絡的安全可靠。

2.1 性能高效

系統在20MHz系統帶寬下，下行瞬間峰值速率100Mbps，上行瞬間峰值速率50Mbps，并且系統具有良好的移動性能，能夠滿足終端120km/h高速移動下高性能服務需求，在120～350km/h下能保持蜂窩網絡的業務性能。

2.2 業務融合

系統具有高數據吞吐能力，為水務應用提供高清視頻服務、物聯網數據采集、移動互聯網等服務，并且根據業務需求提供多媒體集群調度功能，滿足水務行業中語音、集群等業務需求。

2.3 應用靈活

系統采用TDD時分雙工技術，上下行時隙資源可根據需求協調配置。系統帶寬可以從3M/5M/10M/15M/20M靈活配置，保證了頻帶資源的優化利用，并有效提高了頻譜利用率。系統通過GOS、QOS控制策略，保證在防汛等發生突發事件時，重要用戶可以正常通信。

2.4 安全穩定

系統具有良好的安全保密性能，通過無線空口加密、端到端語音加密、數據加密、硬件加密等加密認證措施，確保了網絡通信的安全可靠。并且系統采用冗余化網絡架構設計方案，關鍵網元（如核心網、HSS等）采用N+1方式進行網絡設計與組網，保證網絡運行的安全可靠。

3 系統架構

系統主要分為應用層、網絡層和接入層三部分構成。

3.1 接入層

接入層主要由應用終端組成，包括：CPE、手持終端、車載終端、背負式終端、數據傳輸終端、無線上網卡等多種形態。終端設備與基站之間通過Uu空口協議進行數據通信，并經過IP網絡與TCN、業務應用層的有效通信，最終完成終端的控制管理和語音、數據等業務服務。

3.2 網絡層

網絡層主要由基站eNodeB、核心網TCN、操作管理中心、第三方系統網關等構成。

基站eNodeB包括：eBBU（Base Band Unit，基帶處理單元）、eRRU（Remote Radio Unit，射頻拉遠單元）和智能天線組成，主要完成無線接入功能，包括管理空中接口、接入控制、移動性控制、用戶資源分配等無線資源管理功能。

核心網TCN，主要由MME、SGW、PGW、HSS等功能模塊構成，完成網絡的呼叫信令控制和數據承載建立，主要實現用戶連接、用戶管理以及對業務完成承載，并作為承載網絡提供到外部網絡的接口。

操作管理中心負責操作維護系統中的各功能實體，包括移動臺（MS）、基站子系統（eNode B）、核心網（TCN）等，實現配置管理、故障管理、性能管理、拓撲管理、軟件管理、安全管理、測試跟蹤管理、系統管理、命令行操作方式管理等功能。

3.3 應用層

應用層主要由水務行業應用系統、視頻監控中心和指揮調度中心等構成。

水務行業應用系統包含各數據管理信息系統、數據采集系統等多種業務系統，借助應用系統可以為用戶提供多種水務應用服務。

視頻監控中心實現對視頻系統設備、用戶等的有效管理，為用戶提供視頻圖象實時觀看、圖像轉發、圖像存儲等服務。

指揮調度中心，為用戶提供語音、多媒體集群調度服務。

4 業務應用

系統通過TD-LTE網絡作為接入層網絡，匯聚所有無線終端的數據業務，基站通過有線方式接入IP網絡。

4.1 視頻、數據業務

水務視頻監控、水文數據采集、移動辦公等IP數據業務，通過基站與核心網建立的數據通道接入核心承載網絡中，分別可以連接到內部辦公網絡、外部數據網、視頻監控系統和水文數據采集系統等應用系統中，為水務工作人員提供各種數據、視頻業務，同時可以通過網關與Internet網絡連接，為終端提供PPPoE、DHCP等連接方式訪問外部網絡。

4.2 語音業務

語音業務流在TCN的配合下，基站與TCN之間建立信令和媒體的連接。語音局內呼叫主要由集群核心網TCN完成局內語音呼叫的交換功能，終端語音包通過基站和TCN，由TCN判斷是否為局內呼叫，如果是則由TCN完成話音的交換功能，如果不是則通過外部接口出局。

4.3 集群業務

通過集群核心網和調度集群業務平臺，實現集群業務的控制與管理功能，并可以通過集群網關設備，實現與其他已有集群系統的對接。

5 結語

由于水務業務大多于河道、水利工程相關，導致許多部門、站點以及突發事件地點處于郊野空曠地區，寬帶網絡不發達，導致數據傳輸不夠暢通，常常需要為某個站點單獨建設寬帶鏈路。通過該系統，可為水務各項業務提供一個寬帶無線網絡，通過建設基站可覆蓋大部分地區，既不用為某個站點單獨建設寬帶鏈路，又可為防汛應急搶險提供寬帶鏈路，為水務業務主管部門建立一整套數據采集、語音調度、防汛應急指揮系統提供鏈路保障，提高了水務業務數據傳輸的實時性、可靠性及便捷性。

參考文獻

[1]曹健.TD-LTE無線網絡的多場景覆蓋解決方案設計[D].北京郵電大學，2013.

[2]張斌.TD-LTE無線網絡規劃關鍵技術研究[D].南京郵電大學，2012.