TD-LTE宽带数字集群技术及政务网应用研究

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210019）

1 引言

智慧城市是知识社会下一代创新环境下的城市形态。智慧城市的运行涵盖公共安全、市政管理、智能交通、环境保护、安全生产等多个方面，各方面都需要有针对性的信息化手段进行保障。但基于公众电信网的政务网已不能满足上述要求，需要建设将有线网络和无线网络相结合、固定应用和移动应用相结合、信息监控和指挥调度相结合的宽带政务网。这样在保障信息安全可靠的同时，可以利用视频、语音、数据的融合通信技术来支持城市运行各方面的工作。

国内北京、天津、南京等部分城市，已经开始了无线宽带政务网的建设试点工作。未来随着试点的带动效应及无线宽带技术的成熟，无线宽带数字集群技术的应用范围将不断扩大。因此，需要对基于TD-LTE技术的宽带数字集群技术、标准、产业链以及在政务网中的应用方案进行研究，以便为国内无线宽带政务网的建设提供参考。

2 典型城市无线政务网建设情况

2.1 南京

南京无线宽带政务专网建设的目的是满足青奥会保障、城市应急协同、城市管理与服务、智慧城市、物联网应用等方面的需求，不断提升政府城市管理与公共服务能力，同时进一步推动信息化基础设施建设，带动相关产业的发展。

南京市无线宽带政务专网计划覆盖南京全市，主要包括江南六区、江宁、浦口、六合、高淳、溧水等区域。网络采用薄覆盖模式，以室外道路覆盖为主要导向开展建设。

南京市无线宽带政务专网采用TD-LTE技术，工作于1.4GHz频段上，网络规模约300个基站，工程计划分3期进行建设：第1期主要覆盖江南六区；第2期主要覆盖浦口、六合和江宁；第3期主要覆盖高淳和溧水。

2.2 北京

北京市无线政务专网建设计划覆盖北京市五环路内90%的室外区域及平谷、延庆、密云、怀柔等远郊区县行政中心等区域。

北京市无线宽带政务专网采用TD-LTE技术，工作于1.4GHz频段上。计划建设2000个基站，工程计划分3期进行建设：第1期主要覆盖城区和郊区中心区；第2期主要覆盖第1期未覆盖的六环路内区域；第3期主要覆盖第1期、第2期未覆盖的平原地区。

3 TD-LTE宽带数字集群系统

3.1 标准进展

TD-LTE宽带数字集群系统是基于我国具有自主知识产权的TD-LTE技术发展起来的。系统标准化工作从2012年开始，目前计划编制的7个标准，已经颁布了2项，分别为《基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统总体技术要求（第一阶段）》（YD/T2689-2014）和《基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统接口技术要求（第一阶段）空中接口》（YD/T2741-2014）。另外终端到集群核心网接口、集群核心网到调度台接口、空中接口、终端到集群核心网接口、集群核心网到调度台接口等5项标准还在制定中。整体来看，TD-LTE宽带数字集群系统空口技术标准已经完成，而其他接口技术及测试标准还未完成，网络漫游及互通可能会存在一定的问题。

3.2 网络架构

TD-LTE宽带数字集群系统是在公网TD-LTE系统的基础上发展起来的，因此其网络结构与公网TD-LTE系统相似。与公网相比，TD-LTE宽带数字集群系统变化最大的是核心网。其核心网包含eMME、xGW、eHSS、TCF、TMF等5个逻辑实体，各逻辑实体的功能要求如下：

（1）eMME

eMME：移动管理实体，负责移动性和承载管理。除了具备公网LTE系统的功能外，针对集群系统，新增的功能主要有集群NAS信令及其安全，xGW选择，集群业务承载管理，集群业务移动性管理，接入控制和会话管理。

（2）eHSS

eHSS：签约数据管理中心和鉴权中心。除了具备公网LTE系统的功能外，针对集群系统，新增的功能主要有集群用户签约信息，集群用户业务签约信息，集群组签约信息，集群用户鉴权与授权，完整性保护和加密的安全信息，集群用户位置信息，集群用户状态和业务状态信息。

（3）xGW

xGW支持集群业务承载管理、集群数据路由和转发。除了具备公网LTE系统功能外，针对集群系统，其新增的功能主要有集群承载建立、修改和删除，集群数据路由和转发，集群计费信息收集。

（4）TCF

TCF：集群控制功能体，负责集群业务的调度管理。其主要支持包括语音、视频、数据在内的多媒体集群业务调度，集群业务鉴权和授权、注册和注销，集群呼叫建立和释放，话权管理，集群组信息订阅及更新。

（5）TMF

TMF：集群媒体功能体，负责集群业务的数据传输。其主要功能有集群用户面管理，集群业务数据的路由和转发，集群业务数据的复制和分发，集群业务媒体编解码转换。

TD-LTE宽带数字集群系统主要是在公网TD-LTE系统上增加了部分功能，具体如表1所示：

表1 TD-LTE宽带数字集群系统功能

3.3 产业链发展

TD-LTE公众移动通信在全球范围内已经规模商用，芯片、设备、终端等产业链已经成熟。基于TDLTE技术发展起来的宽带数字集群技术，可以充分借助TD-LTE公网所形成的技术研发、设备生产、网络优化等方面强大的支撑能力，降低TD-LTE宽带数字集群系统的成本，提升产品性能，加速行业应用。

2012年11月，我国通信标准化协会启动了宽带集群（B-TrunC）系统系列标准制定。2014年5月27日，在北京，由工信部电信研究院联合相关行业单位共同发起，成立了宽带集群（B-TrunC）产业联盟。该产业联盟主要包括设备制造企业、科研院所、网络运营企业等16家单位。目前中兴、华为、鼎桥的TDLTE宽带集群设备已经在北京、天津、南京的政务网络中进行规模商用。B-TrunC产业联盟的成立和多个城市宽带数字集群网络的建设，标志着B-TrunC产业链的逐步成熟。

2014年11月WP5A会议上，我国提出的宽带集群（B-TrunC）系统标准成为ITU国际标准，这加速了TD-LTE宽带数字集群产业链的商用进程。

4 无线政务网组网方案

4.1 总体方案

基于TD-LTE宽带数字集群技术的无线政务网一般由终端、接入网、核心网、调度控制中心和操作维护中心等5部分构成，其系统架构如图1所示：

图1 基于TD-LTE技术的无线宽带政务网架构

4.2 基站站型

基于宽带数字集群系统的无线政务网建设需要重点关注网络结构。由于频谱资源受限的原因，TD-LTE宽带数字集群系统多采用同频组网的方式进行建设。而同频组网，网络结构是影响系统性能的重要因素。因此在无线宽带政务网的建设中，需要在保证基本蜂窝结构的基础上，根据用户分布和可选站点的物业情况对网络结构进行适当调整。在进行具体基站建设时，需要根据网络建设的覆盖和容量要求确定基站站型。

目前网络建设主要包含全向基站和定向基站两种站型，其特点分别如下：

（1）全向基站

优点：采用全向天线进行建设，主设备需求较少，网络建设成本相对较低。

缺点：网络覆盖性能和容量相对较差。

（2）定向基站

优点：采用定向天线进行建设，网络覆盖性能和容量性能较好。

缺点：网络建设成本较高。

在实际网络工程建设中，由于定向基站在覆盖性能和容量性能方面具有巨大的优势，其已经成为网络建设的首选方式。

4.3 基站设置

宽带无线政务网是一个综合的系统，每一个基站站址选择的合理与否不仅关系到自身的网络性能，而且还可能影响网络结构，从而影响网络的整体性能。因此网络规划和建设时，需要重点关注基站的选址问题。在网络建设，站点选择时，应遵循以下原则：

（1）根据网络蜂窝结构，站点选址应满足蜂窝结构要求；

（2）根据用户分布情况，站址应设在用户集中地区；

（3）为了保持蜂窝结构，应合理确定天线高度、方向角和下倾角等参数；

（4）为了达到有效覆盖，天线主瓣方向200m范围内应无明显的遮挡；

（5）为了避免干扰，基站应远离大功率无线电发射台、大功率电视发射台、大功率雷达站或其它强干扰源等；

（6）站址应有较好的卫生环境，不宜设在生产过程中散发有害气体、烟雾、粉尘、有害物质的工业、企业附近。

4.4 频段选择

目前可供TD-LTE宽带数字集群系统选择的频段主要有两个：1447—1467MHz、1785—1805MHz，上述两个频段的特点如下：

（1）1447—1467MHz

该频段是北京、天津、南京等地无线政务网使用的频段。该频段频点低，覆盖距离远，非常适合TDLTE室外覆盖，并且该20MHz频段作为政府专用频段，可以做到专网专用，网络容量大，且该频段与其他网络间存在的干扰较小。由于该频段是专用频段，需要向国家无线电管理委员会申请。

（2）1785—1805MHz

考虑到1785—1805MHz频段与现网GSM1800相邻，实际使用该频段进行TD-LTE组网时，1785—1790MHz、1800—1805HMz留作保护带，中间1790—1800MHz的10MHz带宽用于TD-LTE组网。该频段是公共频段，使用时需向无委进行报备，但该频段可能会被其他部门使用，且该频段与其他网络间存在的干扰较大。

从无线政务网的建设来看，1.4GHz频段已在北京、天津、南京等地获批并开展了规模建设。从网络性能、抗干扰能力及后续业务发展等方面考虑，建议优先选择1.4GHz频段进行无线政务网建设。

4.5 终端形态

目前TD-LTE宽带数字集群产业链已经趋于完善，设备形态多样，具体如下：

（1）数据卡：为单个用户提供网络接入；

（2）CPE：将LTE信号转换成Wi-Fi信号；

（3）嵌入式模块：为个人便携终端提供可在多网间自由切换的无线数据通信能力；

（4）手持集群终端：为个人提供宽带多媒体集群功能；

（5）MID/平板电脑：提供无缝网络互连，确保用户随时随地接入网络。

在实际网络运营中，应根据应用场景的特点和用户习惯，灵活地选用终端设备。

5 宽带数字集群与窄带集群融合组网

基于TD-LTE的宽带数字集群系统已经成熟，已经成为未来集群系统建设的首选。同时由于TETRA等窄带数字集群系统具有技术成熟、建网成本低、语音调度功能强等优势，其仍然具备很强的生命力。因此TD-LTE宽带数字集群与窄带数字集群将长期共存，融合发展。

（1）业务融合

窄带数字集群系统由于技术成熟，建网成本低，频谱需求低等特点，主要承载城市应急指挥通讯和诸多行业的话音指挥和调度。而TD-LTE宽带数字集群系统，具有高速数据传输能力，主要定位为多媒体指挥调度应用。

（2）网络融合

宽带数字集群和窄带数字集群系统互相补充，融合发展，需要实现系统间的互联互通。目前阶段可以通过使用集群网关，连接不同系统的核心网，以实现互联互通。随着技术的不断发展，未来不同系统之间将可以采用共用核心网的方式实现互联互通。

（3）基础设施融合

TD-LTE宽带数字集群系统建设可以尽量充分地利用窄带数字集群系统已建成的设施（包括机房、铁塔、电源、传输线等），尽可能发挥原有通信设施的潜力，避免重复投资，降低建设运营成本，提高系统的建设速度。

6 结束语

随着物联网、智慧城市等应用的发展，高清视频、图像传输等高带宽网络需求已经成为制约城市建设的关键因素。基于TD-LTE宽带数字集群的无线政务网建设可以采用系统的管理方式让城市中各个功能彼此协调运作，为高效政务管理和应急指挥提供可靠保证。在北京、南京等无线政务网建设的带动下，我国无线政务网的建设和发展必将得到进一步的推进。

[1] 龚达宁,李侠宇,徐霞艳,等. YD/T2689-2014基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统总体技术要求（第一阶段）[S]. 北京: 人民邮电出版社, 2014.

[2] 孙大胜,赵汝杰,关磊,等. YD5003-2014通信建筑工程设计规范[S]. 北京: 人民邮电出版社, 2014.

[3] 谢涛. 集群通信网络在我国的发展分析及无线网络规划方案[D]. 上海: 复旦大学, 2009.

[4] 张涛. 一种机场专用集群系统终端模拟器RRC层协议设计与实现[D]. 成都: 电子科技大学, 2013.

[5] 李新. TD-LTE室内分布系统的规划与建设[J]. 电信快报, 2012(10): 7-9.

[6] 王仑. LTE宽带集群专网的行业应用[J]. 移动通信,2014(1): 54-55.

[7] 张东瑞,孙小婷. LTE宽带集群的系统架构及业务分析[J]. 数字技术与应用, 2013(7): 22-23.

[8] 戴源,朱晨鸣,王强,等. TD-LTE无线网络规划与设计[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012: 53-59.

[9] 百度文库. 我国专网通信技术及产业发展战略研究报告[EB/OL]. (2011-07-17). http://wenku.baidu.com/view/2f7ea2f57c1cfad6195fa79c.html.

[10] 网易科技. 宽带集群（B-TrunC）产业联盟近日在京宣告成立[EB/OL]. (2014-05-28). http://tech.163.com/14/0528/17/9TBLCNQC00094ODQ.html.