研制 TD-LTE 宽带集群的几个关键点

Time:2014-01-16

来源:《专业无线通信》 作者:天津七一二通信广播有限公司 张青平

随着信息化与工业化融合的不断深入,能源、交通运输、现代农业、公共安全等重点行业已经充分认识到信息化改造对促进传统工业生产方式变革、产业结构优化,提升生产效率和经济效益等方面的重要性。结合行业安全生产、经营管理、应急处置等功能的专用通信系统将成为专网下一步发展的重点。目前,传统集群能满足语音和窄带数据的需求,但随着用户对视频,高速数据等业务的需求不断增加,迫切需要一种能融合多种业务的新一代无线宽带集群系统。

集群通信,作为一种专用无线调度通信系统,在交通运输、电力、物流等行业的指挥调度中发挥着重要作用。能否将客户所需的各种平台技术和应用整合在一起,为客户提供统一、融合的整体行业应用解决方案,已成为当前数字集群系统取得成功的关键。可以预见,随着整合业务的越来越丰富,信息量越来越大,能够提供具有宽带多媒体集群专网一体化特点的新一代宽带集群系统,必将成为未来集群通信发展的主流方向。

无线宽带集群不同于传统集群,无线宽带集群需要提供大带宽、高速率、可传输语音、数据、图像、视频。时至今日,各行业市场对集群通信的需求已经发生了很大的变化,不但需要出色的语音功能,还需要高速数据传输功能,特别是对包括视频在内的多媒体通信能力有着十分迫切的需求;但传统的接入技术难以同时满足宽带多媒体和移动通信两方面的技术要求,为此业界开发了宽带无线接入技术。新技术、新业务以及新的运营模式的出现,都是为了满足客户日益变化的需求。下一代通信系统的成功取决于其提供的业务和应用,业务应用层上不同的业务能力与模式的互通融合才是决定因素。从具体的应用角度来看,主要体现在高速数据、视频传输以及构建于此基础之上的多种应用,包括移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动、物联网等方面。

综合移动通信的发展方向和我国对TD-LTE的深入研究,基于公网TD-LTE来研制TD-LTE宽带集群应该是一个较好的选择。使用TD-LTE技术的高带宽来满足无线宽带集群的多媒体集群调度,高清视频监控,高速数据,移动办公等等业务需求;使用TD-LTE技术的的平面低时延来满足专网通信对通话发起时延的苛刻要求。

TD-LTE宽带集群有着宽广的市场前景和良好的技术储备。但是,研制TD-LTE宽带集群有几个关键点需要加以解决,现分述如下,供大家商榷:

1. 现有的低频段频率资源已非常紧张,而对小范围的组网,TD-LTE相对于窄带集群系统,需要比较大的频率带宽。而且对于增加覆盖范围来说,低的工作频率是比较好的选择。

2. 对于集群系统来说,其特点为用户数较少,且投入后较难收回投资,因此对成本要求较高,要求能尽量增大覆盖范围。

3. 对于集群系统来说,通话的及时性、低时延、非常重要,宽带集群必须要完全满足这个需求。

4. 对于集群系统来说,不可能像公网那样有良好的覆盖,或者在行进中,集群系统未架设时,需要有脱网直通功能。

表1 覆盖距离与频率的关系

(10MHz宽频,边缘下行速率6Mbps,上行1Mbps

5. 集群终端进入宽带化后,其视频,数据传输等功能要比窄带集群消耗更大的电量,因此研制低功耗的终端非常重要。

6. 对于公安等用户来说,通话和网络的安全性非常重要,宽带集群必须满足安全性的需要。

7. 由于现阶段各部门已部署了MPT1327 TETRA等,因此宽带集群需要与原有系统互连互通。

8. 为了更好地利用现有装备的窄带集群系统,必须要解决终端内的窄带和宽带的兼容性问题。

下面,将就如上关键点逐一做阐述。

1 频段划分

国际电联给LTE划分了四个频段:3.4G-3.6GHz200MHz2.3G-2.4GHz100MHz698M-806MHz108MHz450M-470MHz20MHz450MHz频段已经定为公共频段,主要用于对讲机和集群通信。处于698M806MHz频段的700MHzLTE的最佳频段。

TD- LTE宽带集群来说, 1GHz ( 7 0 0MHz 350MHz400MHz频段)以下为优质频段,低频率具有辐射范围大的优势,能改善系统覆盖,降低系统建网成本。

2 小区覆盖

从表1可以看出,低频段比高频段在覆盖上有着无可比拟的优势,采用低频段,覆盖同样的地区,可以大大减少基站数量,降低系统建网成本。同时降低终端的发射功率和功耗,延长使用时间。

3 呼叫时延

对于公安等集群系统用户来说,通话的及时性、低时延,非常重要,可以保证指令的及时到达。一般要求业务终端的呼叫建立时间小于500ms,话权抢占时间小于200ms,以实现快速的指挥调度。

为了实现语音呼叫的快速建立,需要对TD-LTE宽带集群在呼叫时延和话音质量方面做特别优化,语音采用类似于电路域的方式保证语音的话音质量,对呼叫发起的端到端信令流程做优化,使呼叫建立时间远远小于VOIP的呼叫时延,达到300ms,话权抢占时间小于200ms

可采用以下关键技术,来优化呼叫流程,减少呼叫时延。

1.充分利用TDL的快速接入时间短的特点

2. 使用NAS消息替代传统POC SIP消息

•缩短呼叫建立消息交互流程和大小

•减少建立过程的参与网元

•使用专业的UE基带芯片缩短消息处理时间

3.缩短寻呼周期

4.通过广播方式发送集群语音

5.减少 IP/UDP/RTP 帧头消耗,提高空口的传输效率。

4 脱网直通

对于TD-LTE宽带集群来说,直通时能提供语音对讲就可以了,如果这时还采用TD-LTE的空中接口,会造成占用很大的频宽,而且终端的复杂程度和功耗会大大增加。建议采用内置窄带(12.5kHz)的数字对讲模块的方案。

5 终端芯片改造

终端TD-LTE专网芯片可以基于公网TD-LTE芯片进行少量修改,修改部分集群话音协议,基本协议软件可沿用公网协议。对于专网指定的频段,需要对芯片进行改频,芯片改频实现比较简单,主要是分析射频前端器件能否满足要求,不满足要求的需要替换。一般基带ICRF IC支持的频段范围比较宽,不需要更改。

集群终端进入宽带化后,其视频、数据传输等功能要比窄带集群消耗更大的电量,因此研制低功耗的终端非常重要.

宽带集群终端需要采用优化的芯片方案、功率控制技术以及休眠等技术,来优化终端的使用功耗。

6 系统安全性

对于公安等用户来说,通话和网络的安全性非常重要,宽带集群必须满足安全性的需要。宽带集群系统可以提供双向鉴权,空中接口加密,端到端加密不同层次的安全业务保障。其中基础设施安全系统部分采用专门的服务器,并且提供开发接口给有加密资质的单位,由加密单位提供加密算法和密钥。终端中预留有SIM卡接口、串口,或者预留专用的接口、端到端加密芯片等,提供开发接口给有加密资质的单位,由加密单位提供加密算法和密钥。

7 与原有系统互连互通

系统之间互连互通主要通过两种方式来解决,一种是系统侧互联。一种是终端侧互联。

系统侧互联

1). 系统侧互联是宽带集群系统和窄带集群系统互相开放接口给对方,当发起呼叫时,宽带集群侧的呼叫信令通过系统间的接口发送到窄带集群系统,使在同组里但是属于不同体制的终端可以进入同组通话。反之亦然。

终端端侧互联

2). 终端侧互联是采用一个控制单元,同时连接宽带集群终端和窄带集群终端(一般仅在车载终端实现),当宽带集群侧的呼叫发起时,通过这个互联网关进行呼叫转接。反之亦然。

8 终端内的窄带和宽带的兼容性问题

为了更好的利用现有装备的窄带集群系统,降低部署成本,需要解决终端内的窄带和宽带的兼容性问题。解决这个问题的方法是研制双模双待或双模单待的终端,当终端处于窄带集群系统覆盖之下时,可以转到窄带模式工作,将宽带模块挂起以降低功耗。当终端处于宽带集群系统覆盖之下时,可以转到宽带模式工作,将窄带模块挂起以降低功耗。如果终端同时处于窄带和宽带集群系统覆盖之下时,可以根据业务需要在宽带和窄带工作模式之间进行切换。

结论

综上所述,TD-LTE宽带集群无线系统可在一张网络上提供语音、视频和数据多种业务,为应用层面的多媒体平台提供一个良好的无线通道,整个系统为分布式控制结构,采用了软交换技术、并采用多码流同步传输技术,能确保视频、音频、数据同步实时传输。因此,如果能解决好上述这些关键问题,不失为一个较好的选择。


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