鐵路LTE-R語音組呼業務實現方案探討

李洪宇

（通號通信信息集團有限公司，北京 100070）

1 概述

目前，以GSM-R為代表的數字集群標準在全球鐵路市場獲得廣泛應用，但隨著通信技術不斷的更新換代，國際鐵路聯盟（UIC）的E-Train項目通過調研鐵路公司的現狀和需求，發現未來的鐵路移動通信系統需要提供超過200種信息服務。鐵路公司希望采用新技術，以一張統一的無線網絡承載寬帶專業集群、視頻、數據等多種業務，滿足未來鐵路信息化的需求。另一方面，隨著公網運營商逐步關閉GSM網絡，GSM設備供應商也會在未來10年內由于GSM市場的萎縮而逐漸淘汰相關設備。因此鐵路行業的無線通信急需一種全新的無線寬帶網絡滿足未來發展的需求。從歷史發展的經驗來看，鐵路無線技術的應用一般采用在公網最新技術成熟應用的基礎上，加上鐵路自身的業務需求，形成適合鐵路行業自身規律的技術標準。因此，作為目前商用的最先進的LTE技術，其在公網已經經歷近10年的大規模商用部署，LTE整個產業生態已比較成熟，UIC已明確把LTE-R作為未來鐵路無線通信技術的演進方向。

GSM-R最主要的業務功能是實現語音組呼的功能，由于LTE是一個純IP的數據網絡，如何在LTE-R網絡中實現語音組呼業務是一個值得探討的課題。

2 用eMBMS技術實現鐵路LTE-R語音組呼業務的無線承載

要在LTE-R中實現語音組呼功能，涉及到點到多點的通信，對于珍貴的無線信道資源來說，組呼在無線承載上采用點對點的通信是對信道資源的巨大浪費。因此，對于LTE-R組呼業務的承載，可使用LTE網絡的多播組播技術，即通過增強型廣播與組播技術（eMBMS）實現LTE語音組呼業務的無線承載，這個功能主要由LTEeMBMS相關網元配合實現。

eMBMS的特點是通過共享無線和傳輸資源，并以點對多點的方式傳輸語音、視頻等流媒體業務，這樣既提升網絡無線資源利用率，也可以提升多播用戶的業務體驗。LTE系統中支持eMBMS功能的網絡結構,如圖1所示。主要由LTE核心網EPC相關功能實體（MME和MBMS-GW）、E-UTRAN相關功能實體(MCE和eNodeB)、BM-SC廣播多播業務中心等構成[1]。內容提供商將多播業務接入BM-SC業務中心,BM-SC將多播業務匯聚并通過LTE網絡分發給相應的授權用戶。LTE網絡中eMBMS方案架構和相關接口描述如下[2]。

圖1 LTE eMBMS網絡架構Fig.1 LTE eMBMS network framework

1）M1接 口：MBMS-GW網 關 和eNodeB基站之間的接口，該接口是一個純粹的用戶面接口。MBMS-GW網關可以通過M1接口連接到多個eNodeB基站，實現IP多播數據的分發。因此M1接口具有實現管理IP多播組的功能。由于M1接口沒有上行數據，為實現eNodeB之間多播數據內容的同步，BM-SC和eNodeB之間通過SYNC同步協議實現業務的同步，因此M1接口中也包含SYNC同步協議的信息[3]。

2）M2接口：eNodeB基站和MCE之間的接口，一個MCE可以通過M2接口連接到一個或者多個eNodeB基站。M2接口主要實現基站的多播模式的無線參數配置、多播會話信令控制和管理、MBMS調度信息的傳輸、MBMS信令同步、M2接口的管理等[4]。

3）M3接口：MCE和MME之間的接口。M3接口主要用于MBMS會話的管理信令承載。MBMS會話的管理信令主要實現多播會話的開始、更新和停止等業務過程；MME通過M3接口實現MBMS E-RAB無線資源的管理功能，從而實現對E-UTRAN無線資源的建立、更新和釋放等管理功能[5]。

4）SGimb/SGmb接口：實現BM-SC對LTE系統提供和傳送移動多播組播業務。主要功能包括負責建立和控制核心網中MBMS的傳輸承載、負責MBMS傳輸的調度和傳送、向終端設備提供業務通知、負責管理組播模式下的安全問題。

5）MB2接口：主要實現TMGI的管理和控制、MBMS的承載控制、BM-SC的選擇及過載管理[6]。

3 用MCPTT技術在應用層實現鐵路LTE-R的語音組呼業務

雖然eMBMS實現了LTE-R語音組呼業務點到多點的無線承載，由于LTE是一個純粹的數據網絡，為了支持語音組呼業務，還要實現語音的編碼、語音組呼的業務控制、身份管理、配置管理等功能。

公網LTE網絡為實現語音業務功能，使用IMS等相關網元做支撐，但在LTE-R專網還需要實現點到多點的語音和視頻等業務通信，如果在網絡業務層面采用組呼轉點呼的方案，將對無線空口資源產生極大浪費，而且對整個業務的時延也有比較大的影響。因此，3GPP對LTE如何應用到專網領域有很多的研究，并在3GPP R13標準中，針對公共安全方面的業務需求，提出LTE MCPTT解決方案[7]。因此對于LTE-R語音組呼業務，可在業務應用層面采用MCPTT相關技術來實現。

3GPP R13協議規范中對MCPTT的業務框架做了詳細的描述，并提出一系列的協議規范建議。LTE MCPTT系統架構如圖2所示。MCPTT實現多播功能的主要接口描述如下。

圖2 MCPTT網絡架構Fig.2 MCPTT network framework

MCPTT-1接口：MCPTT服務器和MCPTT終端之間的接口，主要用于MCPTT信令的建立和控制，采用SIP協議來傳輸承載相關信令。同時,MCPTT-1接口還需提供服務器和終端之間組播業務的TMGI等位置信息。

MCPTT-8接口：用于實現MCPTT服務器和MCPTT終端之間多播業務媒體資源的承載功能。可通過多播通路LTE MB2接口實現[8]。

MCPTT-9接口：用于實現MCPTT服務器和MCPTT終端之間多播業務的話權優先級控制功能。可通過多播通路LTE MB2接口實現。

MCPTT-7接口：用于實現MCPTT服務器和MCPTT終端之間單播媒體資源的承載功能。可通過單播通路LTE SGi實現。

MCPTT-4接口：用于實現MCPTT服務器和MCPTT終端之間單播業務的話權優先級控制功能。可通過單播通路LTE SGi實現。

MCPTT-5接口：利用LTE EPS的Rx接口，在MCPTT服務器進行媒體資源分發時，實現對EPS單播業務的QOS進行控制功能。

MCPTT-6接 口:MCPTT服務器和BMSC之間的接口，用于實現在LTE網絡內對多播組播業務的承載建立、控制和媒體資源的分發功能。

CSC接口：主要是實現MCPTT服務器和MCPTT終端之間的組管理、配置管理、身份管理以及密鑰管理，其承載協議一般采用SIP或HTTP協議。

4 總結

在LTE-R網絡中要實現語音組呼功能，利用eMBMS技術實現無線多播承載的功能，通過MCPTT服務器打通經過LTE網絡的BM-SC等無線設備網元到MCPTT終端的無線多播通道；應用層面利用MCPTT技術，實現用戶之間的語音組呼業務等功能。