梁洪源 樊 雯 趙曉瑜

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基于LTE的寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)簡介

梁洪源 樊 雯 趙曉瑜

武警石家莊士官學校，河北 石家莊 050000

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展以及全球無線城市的大規(guī)模建設，寬帶數(shù)字集群成為整個無線通信的發(fā)展趨勢。LTE是目前主流的第四代移動通信技術標準，LTE寬帶集群系統(tǒng)正是TD-LTE為核心技術，是新一代的寬帶多媒體數(shù)字集群系統(tǒng)，可支持更為豐富的多媒體業(yè)務類型。

數(shù)字集群；寬帶集群；LTE

引言

“集群”一詞是從英文Trunking或Trunked翻譯得來，本意為中繼或干線。上世紀80年代末期，我國移動通信專家胡思益定義了傳統(tǒng)意義上的“集群系統(tǒng)”為：所具有的全部可用信道都可為系統(tǒng)的全體用戶共用，具有自動選擇信道功能，是一種共享資源、分擔費用、提供優(yōu)良的多用途、高效能、廉價、先進的無線指揮調(diào)度系統(tǒng)[1]。

目前，“集群”的概念已經(jīng)從傳統(tǒng)的用戶信道資源共享，延伸到多樣化功能業(yè)務、多模式終端接入、以及多種窄帶化和寬帶化通信系統(tǒng)之間的融合，并將基于寬帶無線通信技術，采用多媒體業(yè)務形式，以指揮調(diào)度功能為主的專用無線通信系統(tǒng)稱為寬帶無線多媒體集群，簡稱“寬帶集群”。

在過去的20年里，作為窄帶數(shù)字集群通信技術，專網(wǎng)通信已經(jīng)實現(xiàn)了第一層次語音、短信、靜態(tài)圖片及慢速視頻傳輸?shù)鹊耐ㄐ艠I(yè)務的需要；窄帶數(shù)字集群在公共安全、國家和國際政府組織、國家和地方安全部隊、交通運輸業(yè)、服務業(yè)以及其他大型戰(zhàn)略性基礎設施項目等關鍵任務的通信骨干網(wǎng)中，發(fā)揮著不可或缺的作用。伴隨著通信技術從模擬走向數(shù)字，由此，數(shù)字集群通信需要沿著寬帶化演進之路向前邁進，來滿足未來移動辦公、多媒體集群調(diào)度、視頻監(jiān)控、城市應急聯(lián)動等方面多元化應用。

1 寬帶數(shù)字集群通信的應用需求

然而，傳統(tǒng)的TETRA、IDEN、GOTA、GT800等集群網(wǎng)絡已難以滿足一般話音、業(yè)務之外的高速數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸?shù)葮I(yè)務的需要。它基于語音和低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，在指揮調(diào)度方面發(fā)揮著重要作用。但是，隨著多種行業(yè)對寬帶移動通信需求的日益強烈，并且對于語音通信和數(shù)據(jù)通信并存的需求越來越大。以公共安全業(yè)務為例，不僅需要上傳高質(zhì)量圖片、下載大數(shù)據(jù)量文件，還需要進行實時視頻傳輸。對此，歐美各國對公共安全機構(gòu)的寬帶集群通信進行了大量的調(diào)研和討論。根據(jù)行業(yè)用戶種類的多元化發(fā)展，總結(jié)出了新的寬帶集群應用需求。

（1）功能需求。支持語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務；傳統(tǒng)集群業(yè)務；實時短消息和即時短消息；分局數(shù)據(jù)和IP接入；現(xiàn)場視頻傳輸；指揮調(diào)度；移動辦公；優(yōu)先服務策略；動態(tài)寬帶分配；虛擬專網(wǎng)；遙控遙測；物聯(lián)網(wǎng)集群應用；直通模式；自組網(wǎng)；移動用戶定位。

（2）性能要求。支持高質(zhì)量語音，高分辨率圖像和實時動態(tài)高清視頻；極小的系統(tǒng)時延；上下行數(shù)據(jù)速率配置；高頻譜利用率；分層管理的統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)；廣泛覆蓋；高性能的移動終端。

（3）安全性性能。分等級的安全加密體系；端到端加密；支持第三方開發(fā)密鑰管理中心；空中密鑰更新；阻止非授權(quán)接入。

（4）環(huán)境適應性要求。支持無人值守基站；快速部署；電磁兼容性等。

（5）兼容性要求。兼容終端多樣性，且加入國際標準體系；向下兼容；升級和平滑演進。

（6）可擴展性要求。支持標準API應用接口和可擴展的系統(tǒng)規(guī)模，另可開放系統(tǒng)架構(gòu)。

2 LTE寬帶數(shù)字集群通信

隨著4G公眾移動通信的發(fā)展，LTE技術以其高速率傳輸、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等特點引起人們的普遍關注，并將其引入到集群通信技術。將LTE寬帶數(shù)字集群通信，基于“語音”、“數(shù)據(jù)”、“視頻”三大基本業(yè)務功能，同時可以實現(xiàn)單呼、組呼、全呼、優(yōu)先級呼叫、調(diào)度、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃和ㄐ艠I(yè)務功能，引起了新一代集群通信技術的變革，促進了集群通信在交通、公安、消防、林業(yè)、政府應急等全行業(yè)的發(fā)展。

2.1 LTE寬帶數(shù)字集群技術的發(fā)展現(xiàn)狀

2011年，摩托羅拉系統(tǒng)率先發(fā)布面向公共安全領域的標準商用LTE技術，并在舊金山部署了全球第一個公共安全LTE系統(tǒng)。2010年底，中國普天在國家科技重大專項的支持下，完成電力試驗網(wǎng)絡和無線政務示范網(wǎng)絡建設[2]。

此外，2009年6月至今，在中國通信標準化協(xié)會（CCSA）的組織下，由中國普天牽頭，開展基于TD-LTE技術發(fā)展寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)的可行性和關鍵技術進行研究。CCSA多家會員單位，包括工業(yè)和信息化部電信研究院、天津三星通信技術有限公司、華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司等，也都積極參與到研究工作中，推動具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-LTE寬帶數(shù)字集群技術的發(fā)展。

2.2 LTE寬帶數(shù)字集群的技術特點

LTE技術用于寬帶數(shù)字集群當中，具有頻譜效率髙、上下行靈活調(diào)度、可承載多樣化髙寬帶服務等技術優(yōu)勢，下面具體分析其技術特點：

（1）調(diào)制方式：QPSK，16QAM，64QAM。

（2）工作帶寬：支持可變帶寬，包括：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。

（3）OFDM及MIMO技術的應用：它采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiple，正交頻分多址）和MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）技術，在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mb/s和上行50Mb/s的峰值傳輸速率[3]；

（4）網(wǎng)絡構(gòu)架：LTE系統(tǒng)采用全IP網(wǎng)絡架構(gòu)，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)扁平化，有效的縮短了控制面和用戶面時延。

（5）頻譜效率：LTE系統(tǒng)的下行頻譜效率為5bits/Hz，上行頻譜效率為2.5bits/Hz，相比3G系統(tǒng)提髙了近2～4倍[4]。

（6）移動靈活性：LIE系統(tǒng)還支持良好的移動性，能夠在移動速率120km/h～350km/h下保持移動終端能與網(wǎng)絡之間的聯(lián)通狀態(tài)。

3 結(jié)語

數(shù)字集群通信系統(tǒng)在技術上正在向著系統(tǒng)IP化、業(yè)務多樣化、數(shù)據(jù)寬帶化、終端多?；姆较虬l(fā)展。當前寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)的研究取得了一定的成果，部分系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，但在使用中也發(fā)現(xiàn)了各自的問題，這就促使人們對具有寬帶接入功能的數(shù)字集群通信系統(tǒng)的研究不斷向前[5]。

[1]鄭祖輝，陸錦華，丁銳，等.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]陳園.基于LTE的寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)演進路線及關鍵技術研究[J].電信科學，2012（11）：32-33.

[3]張潔，許瑋.TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng).[J]通信技術與標準，2010（11）：9-10.

[4]楊驊，劉勁松.TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信發(fā)展分析及建議[J].移動通信，2014（1）：48-53.

[5]邵志全.淺析LTE寬帶集群通信技術發(fā)展及應用[J].中國科技博覽，2015（21）：358.

LTE-Based Broadband Digital Trunking Communication System Introduction

Liang Hongyuan Fan Wen Zhao Xiaoyu

Armed military academy in Shijiazhuang，Hebei Shijiazhuang 050000

With the rapid development of mobile Internet and the construction of large-scale global wireless cities，broadband digital trunking become the development trend of the entire wireless communications.LTE is the mainstream of the fourth generation mobile communication technology standards，LTE broadband cluster system is the TD-LTE as the core technology is the next generation broadband multimedia digital trunking system can support a richer multimedia business type.

digital trunking；broadband cluster；LTE

TN929.52

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1009-6434(2016)07-0024-02