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4G TD-LTE寬帶多媒體集群專網

在我國,除了國防軍事應用的作戰指揮專網外,無線專網的行業應用需求主要集中在政務網和企業網兩大類。政務網是面向公共安全和政務指揮調度的專網,行業用戶包括:警察、安全、武警、政府政務及行政執法等部門。企業網是面向重點行業和大型企業生產管理的專網,行業用戶包括:公用事業單位(電力、供水、煤氣等)、交通運輸部門(航空、港口、鐵路、軌道交通、水運等)、大型企業(油田、礦山、冶金、農墾等)。

政務和企業的行業需求構成了專網的生存土壤,而在業務應用上兩大行業的需求又可概括為兩大類:無線寬帶接入需求和多媒體集群調度需求。無線寬帶接入包括無線數據采集、無線視頻監控、信息服務和移動辦公等業務需求,而集群調度包括了多媒體集群指揮調度和應急通信等需求。

隨著社會經濟的發展和信息技術的進步,信息獲取需求超常規增長,各行業部門、企業團體在集群語音業務的基礎上,對集群多媒體業務、互聯網業務、高速數據業務的需求日益迫切,其中又以高清視頻監控和海量物聯數據傳輸的需求尤為突出。集群和寬帶接入的共網化、寬帶化成為市場需求的主流。但因網絡帶寬的瓶頸問題,這些需求很大程度上是傳統的窄帶專網系統無法滿足的,而以大帶寬、高速率、全IP為突出特點的LTE寬帶集群則非常符合市場需求,正引領集群通信進入嶄新的時代。

從2008年始,中國普天即順應集群通信發展趨勢,依靠TD-SCDMA及TD-LTE領域的豐富經驗,在業界率先采用TD-LTE技術體制研究和開發滿足政府、公共安全以及企業專網需要的寬帶集群無線專網。作為TD-LTE寬帶集群研發和標準制定牽頭企業,中國普天近年來獲得了多項國家重大專項和電子信息產業發展基金的政府資金支持,LTE寬帶多媒體集群系統在短時間內得到了長足的發展和進步。

系統介紹

普天4G TD-LTE寬帶多媒體集群系統,簡稱WiTRA(WideBand Trunked Radio),它以第四代移動通信技術TD-LTE為核心技術,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,是一個集語音、數據、視頻為一體的新一代寬帶多媒體數字集群系統。

TD-LTE代表著當今世界移動通信產業的最先進水平,它采用OFDM、MIMO和扁平化網絡架構等技術,系統峰值速率下行100M、上行可達50M,是TD-SCDMA的幾十倍;系統具有很好的擴展性,可以和其它現有的網絡互連互通;不同廠家的設備之間可兼容;同時TD-LTE具有明確的技術演進方向,由中國主導,包含大量中國專利,得到了廣泛的國際支持。


圖1 普天WiTRA LTE寬帶多媒體集群系統架構圖

WiTRA系統架構以LTE系統架構為基礎,系統分為終端、接入網、核心網、調度控制中心和操作維護中心五部分,設備采用模塊化、可配置、可裁剪的設計思想,可實現靈活配置和部署。在寬帶接入方面,WiTRA系統實現了正交頻分多址(OFDMA)技術、多入多出(MIMO)技術、智能天線、同頻組網、TDD時分雙工、全IP網絡架構、動態資源分配、自適應調制、空口頭壓縮、光纖拉遠、綠色節能等十多項關鍵技術。這些技術有效提升了系統容量、性能,降低了運行成本。在集群通信方面,WiTRA系統具備了六大特性,包括:快速呼叫建立、調度呼叫控制、安全加密機制、服務質量保證、故障弱化和脫網直通。

WiTRA系統支持的業務包括以下幾類:

基本業務:語音單呼、可視單呼、語音組呼、可視組呼、廣播呼叫、短數據、電話互聯業務;

補充業務:遲后進入、動態重組、遙暈/遙斃/復活、強插/強拆、全呼、 預占優先級呼叫、緊急呼叫、縮位尋址、環境偵聽、無線靜默、縝密監聽、調度員授權呼叫、調度區域選擇、限時通話、包容呼叫、多通話組掃描、講話方號碼顯示、呼叫報告、呼叫保持、呼叫禁止、呼叫等待、呼叫轉移等;

增值業務:多媒體消息(MMS)業務、流媒體業務等;

綜合應用業務:高速數據業務、GIS指揮調度、故障弱化、脫網直通、應急通信、物聯網業務和移動互聯網業務等。

系統特點

作為新一代集群系統,與現有窄帶數字集群通信系統和目前用得比較多的高速專網技術 Wi-Fi、WiMAX等相比,普天WiTRA LTE寬帶多媒體集群系統具有更大的信道容量、更高的頻譜利用率、更強的抗干擾能力、更好的傳輸性能,以及低成本、可伸縮、可配置的全IP無線多媒體網絡架構,可充分滿足大容量、大帶寬、高速率、高頻譜利用率的現代集群通信網絡的需求。具體來說,WiTRA系統有以下幾個顯著特點:

1.大帶寬、高速率,豐富的多媒體集群業務:WiTRA系統可工作在1447~1467 MHz 或1785~1805MHz兩種20M帶寬頻段上,峰值傳輸速率上行30Mbps,下行可達80Mbps。WiTRA系統充分利用TD-LTE其大帶寬、高速率的突出優勢,在同一集群系統上可同時提供語音、數據、視頻多種應用。可在支持傳統語音集群業務的基礎上,針對客戶日益增長的多媒體業務需求,擴展支持可視組呼、視頻調度、高清視頻監控、視頻會議等大流量的多媒體視頻應用業務;以及海量無線數據采集、高速數據查詢、網絡瀏覽、移動辦公、定位服務等數據類業務。

2.呼叫建立時間短,接續快,時延小: LTE的扁平體系架構可有效支持實現集群呼叫時延小的客戶需求,時延指標達到組呼建立<500ms,話權申請時延<200ms,視頻對講端到端時延不超過1s。

3.單基站覆蓋半徑大:市區1~3km,郊區3~5km,農村5~15km。

4.頻譜效率高,大于3.5bps/Hz,同時支持同頻組網,支持從5、10、15、20MHz可變帶寬,支持上下行時隙配比可調,組網靈活方便,可靈活應對專網不同的應用需求。如針對上行數據量明顯大于下行的數據采集類專網,可利用3:1的上下行配比,把更多的資源分配給上行數據傳輸,最大可能的優化傳輸性能。

5.海量實時用戶:單核心網支持400個基站,同時在線終端100萬。

6.網絡可靠性高:具有強故障弱化和抗毀能力。可快速機動搭設專網,應對突發自然災害、重大事件。

7.高度的安全防護能力:WiTRA系統采用三層安全加密體制,支持終端鑒權、空口加密和端到端加密,可對語音、數據、視頻實時加密,滿足公安、政府部門等關系到國家安全的專網的特殊安全要求。

8.支持高速移動:理論最高速率可支持350公里/小時,在高速移動專網領域會滿足其特殊要求。

9.支持長期演進:WiTRA系統在技術方面可跟隨LTE技術發展進行長期演進和規劃,在發展前景方面更易長久支持市場需求,也可容易形成統一標準,擴大市場供應鏈,實現多廠商供貨、多方共贏。

行業應用

普天WiTRA LTE寬帶多媒體集群系統充分利用自身大帶寬、高速率、全IP等特點,充分滿足了海量物聯數據采集、高清視頻監控等應用需求。同時利用共網化設計,根據市場的具體需要,兼容和滿足寬帶接入和集群通信兩大需求。目前WiTRA系統在一些政務專網中已經得到初步應用,而在能源領域,如石油、煤礦等;在交通運輸領域,如智慧城市交通、港口航道等;在綠色生態領域,如智慧森林,智慧農業等等對TD-LTE也顯示出了旺盛的需求。

中國普天從2008年始至今一直致力于開發滿足政府、公共安全以及行業專網需要的TD-LTE寬帶集群無線專網,并在專網領域承擔多項國家重大專項,在此過程中,取得了多項優秀成果,先后完成了數十項國家TD-LTE寬帶集群專網重大專項技術和產品研發,主導了TD-LTE寬帶集群專網國家及行業標準制訂工作,建設了TD-LTE寬帶集群技術國家級重點實驗室、寬帶集群國家級產品測試和檢驗中心;建立了TD-LTE寬帶集群產品應用示范基地;組建了產業聯盟,全面推動TD-LTE專網產業鏈建設。


圖2 普天WiTRA LTE寬帶多媒體集群系統應用

2011年中國普天中標 “北京市TD-LTE政務物聯數據專網項目”,成為全球首個TD-LTE專網項目的設備提供商,并于2011年11月率先打通First Call。北京市TD-LTE政務專網的目標是實現以下功能,一是開展感知類業務,如對空氣、水環境做一些監控;同時也會對高端農作物生長過程中溫度、濕度進行監控;利用RFID對畜牧的養殖過程做監控。這類業務也是我們現在打造無線城市、智慧城市的基礎性應用。二是交互類應用。主要實現移動政務、移動辦公等功能。三是實現流媒體的功能,像視頻監控等。四是會話類應用。 

除“北京TD-LTE政務物聯數據專網”外,中國普天TD-LTE寬帶集群無線專網在 “北京市海淀區BWT寬帶集群示范網”、“天津市多媒體數字集群專網”得到規模應用,為政府部門提供無線寬帶視頻、物聯網數據等寬帶應用,滿足城市管理和服務相關部門在突發事件處置中的應急聯動需求。2013年5月,中國普天中標銀川市4G多媒體集群專網,為銀川市的公共安全、應急聯動、電子政務提供保障;提高了銀川市各委辦局的工作效率和城市管理水平。


圖3 政務物聯數據專網

除政務網絡外,中國普天還積極拓展石油等各重點行業市場。普天針對石油行業特性和切實需求,將TD-LTE無線通信技術及云計算、物聯網等信息化最新技術成果應用到石油行業的數據采集、傳輸、流程管控和優化全過程,積極推動石油行業信息化建設。面向上游油氣田、中游長距離輸油管道等場景的數據采集與監控,生活區辦公區等場景的無線寬帶傳輸,支持油氣水井數據采集、視頻監控、移動作業無線通信、礦區智能信息采集、應急通信、無線寬帶接入等業務應用,以低成本、廣覆蓋、多業務的支撐能力滿足油氣田生產工作現場分散、小數據量采集、區域性密集的業務需求,大幅降低單位面積的設施和維護人員的投入。現已建設“廊坊石油基地智能物業管理無線接入”、“玉門油田酒東試采區監控系統”等項目。

WiTRA系統是國家重大專項重點資助項目,普天在竭力研發的同時,還作為牽頭單位負責LTE寬帶集群的標準制定工作,通過近兩年對LTE集群標準化的不斷研究,普天取得多項優秀成果,獲得該領域多項技術專利。

作為中關村科學城第二批啟動的建設項目單位,中關村(普天)“寬帶集群產業創新園”也即將進入實質性規劃設計階段。該項目是中國普天根據北京市政府對發展戰略性新興產業的要求,在北京市政府的大力支持下,整合集團的優勢資源,計劃用五年的時間,投資20億元,全力打造國家級“中關村(普天)寬帶集群創新園”,致力于新一代寬帶集群專網的產品研發、標準制訂、應用示范和推廣輻射,使之成為國內乃至世界領先的無線專網(集群)產業創新基地。

通過TD-LTE集群通信系統的研發,中國普天近幾年積累了豐富的集群研發和市場經驗,培養了專業的高素質技術團隊,形成了完全國產化的集群系列產品,具備了規模組網、產品化、產業化的基本條件。

在百年歷史的發展中,中國普天始終承擔著通信工業國家隊的使命和職責,支撐國家信息通信發展需要,不斷刷新著中國信息通信制造業的“第一”,將領先的信息通信產品和技術服務于廣大用戶。而普天WiTRA LTE寬帶多媒體集群系統也正以新一代集群的嶄新面貌助力政務和企業專網的建設,為寬帶無線專網和集群通信事業的進步貢獻著自己的力量,續寫著普天新的未來。

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