TDLTE寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)論文下載

1、TD-LTE寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)1. 集群通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)集群通信系統(tǒng)是為了滿足行業(yè)指揮調(diào)度需求而開發(fā)的，面向行業(yè)應(yīng)用的專用無線通信系統(tǒng)。由于集群通信系統(tǒng)主要側(cè)重于指揮調(diào)度通信，其應(yīng)用可遍及公共安全、交通運(yùn)輸、公共事業(yè)、特種通信、企業(yè)生產(chǎn)等應(yīng)用，尤其可以在應(yīng)用突發(fā)事件和自然災(zāi)害的過程中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。 與公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)類似，集群通信系統(tǒng)的經(jīng)歷了從第一代窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)是當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛餓集群通信系統(tǒng)，其代表有：歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的路上集群無線電系統(tǒng)TETRA、美國(guó)Motorola的綜合數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)iDEN系統(tǒng)、我國(guó)的基于CDMA技術(shù)的開放式集群架構(gòu)GoTa系統(tǒng)和

2、基于GSM技術(shù)的GT800系統(tǒng)。與公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的高速發(fā)展相比，無論在數(shù)據(jù)傳輸能力還是多媒體業(yè)務(wù)支持能力方面，目前的窄帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)都比較落后。以TETRA系統(tǒng)的最新演進(jìn)TEDS(TETRA Enhanced Data Service，TETRA增強(qiáng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))為例，在最理想情況下也僅能支持518kbps的峰值傳輸速率。隨著無線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，集群通信系統(tǒng)對(duì)寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求也日益顯著，行業(yè)人員在應(yīng)用集群通信系統(tǒng)進(jìn)行指揮調(diào)度的過程中，不僅要“聽得到”，還要求“看得見”，促進(jìn)集群通信系統(tǒng)向數(shù)據(jù)寬帶化、業(yè)務(wù)多樣化、終端多模化、系統(tǒng)IP化的發(fā)展方向邁進(jìn)，其具體表現(xiàn)形式主要體現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)

3、和視頻的傳輸，以及構(gòu)建于此基礎(chǔ)之上的各種應(yīng)用，包括多媒體集群調(diào)度、協(xié)同作業(yè)、移動(dòng)視頻監(jiān)控、城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等方面。例如，公安要求集群通信系統(tǒng)鞥能夠支持現(xiàn)場(chǎng)圖像和視頻采集。多媒體數(shù)據(jù)廣播。視頻指揮等；石油化工行業(yè)要求集群通信系統(tǒng)能夠支持遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等?？梢哉f，數(shù)字集群通信系統(tǒng)將進(jìn)入一個(gè)嶄新的寬帶數(shù)字集群通信時(shí)代。寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)更可以定義為基于寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)時(shí)代。寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)更可以定義為基于寬帶無線通信技術(shù)，以多媒體集群業(yè)務(wù)形式，提供指揮調(diào)度功能的專用無線通信系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是具備語音調(diào)度、數(shù)據(jù)調(diào)度、視頻調(diào)度等多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合調(diào)度能力。2. 寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)典型特征寬帶數(shù)字集群

4、通信系統(tǒng)在業(yè)務(wù)、功能和性能上具有以下典型特征：（1） 業(yè)務(wù)特征l 語音業(yè)務(wù)寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在語音業(yè)務(wù)方面要做到“一呼百應(yīng)”，具有快速指揮調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)單呼、組呼、全呼、廣播呼叫、緊急呼叫、優(yōu)先級(jí)呼叫、調(diào)度臺(tái)核查呼叫；此外，寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)還要實(shí)現(xiàn)與PSTN、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（如GSM,CDMA,3G、LTE等），以及其他數(shù)字集群通信系統(tǒng)（如TETRA、IDEN、GoTa、GT800）的互聯(lián)呼叫。l 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)不僅要承載盡力而為（BE）類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還要承載實(shí)時(shí)控制類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)度功能。例如，在指揮調(diào)度過程中個(gè)用戶可以通過手持終端接收、發(fā)送和查詢業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)；調(diào)

5、度臺(tái)也可以向用戶批量下發(fā)文字指令，然后用戶根據(jù)結(jié)果對(duì)指令進(jìn)行恢復(fù)和確認(rèn)。由于實(shí)時(shí)控制類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延和可靠性要求很高，因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要提供強(qiáng)有力的Qos保證。l 視頻業(yè)務(wù)隨著寬帶無線通信技術(shù)的和告訴數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，集群通信系統(tǒng)對(duì)寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求日益增強(qiáng)。行業(yè)人員利用集群通信系統(tǒng)進(jìn)行指揮調(diào)度的過程中，不僅要“聽得到見”，還要“看得見”，因此寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)要承載各種交互型視頻業(yè)務(wù)，包括現(xiàn)場(chǎng)圖像上傳、視頻通話、視頻回傳、視頻監(jiān)控等。因此，在進(jìn)行寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮視頻編解碼、視頻傳輸與無線資源管理三者之間的協(xié)同。（2） 功能特征l 多業(yè)務(wù)融合新時(shí)期無線技術(shù)與應(yīng)用互相

6、促進(jìn)，集群通信的需求從語音發(fā)展到數(shù)據(jù)，進(jìn)而有“百聞不如一見”的視頻要求，深圳要求實(shí)現(xiàn)超越標(biāo)清的高清視頻。因此，寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)需要提供語音調(diào)度、數(shù)據(jù)調(diào)度、視頻調(diào)度等多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合調(diào)度功能。通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)彌補(bǔ)語音業(yè)務(wù)在準(zhǔn)確性、科技路性方面的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、可視化、高度自動(dòng)化、可記錄及可追溯、時(shí)間驅(qū)動(dòng)的指揮調(diào)度和系統(tǒng)作業(yè)能力。l 指揮調(diào)度寬帶數(shù)字集群同系統(tǒng)需配備有專門、統(tǒng)一的指揮調(diào)度中心，根據(jù)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)人員反饋的情況，通過有線或無線調(diào)度臺(tái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域呼叫、通話限時(shí)、動(dòng)態(tài)重組、遲后進(jìn)入、遙斃/復(fù)活、呼叫能力限制、繁忙排隊(duì)、監(jiān)聽、環(huán)境偵聽、強(qiáng)拆、強(qiáng)插、錄音/錄像等多種操作。此外，指揮

7、調(diào)度中心還可以為調(diào)度臺(tái)設(shè)置管理級(jí)別，實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)度管理。l 分層管理寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)應(yīng)該滿足指揮調(diào)度分級(jí)管理的要求，實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度中心多級(jí)分層調(diào)度。上級(jí)指揮中心應(yīng)該能夠同步指揮其下各級(jí)指揮中心，隨時(shí)調(diào)取下級(jí)指揮中心的監(jiān)控圖像、語音、數(shù)據(jù)，甚至遠(yuǎn)程控制下級(jí)指揮中心的操作。通過統(tǒng)一管理。分級(jí)調(diào)度的方式不僅可以提高調(diào)度效率，還可以實(shí)現(xiàn)高效系統(tǒng)工作，滿足跨地域、跨部門的大規(guī)模現(xiàn)代指揮調(diào)度的需求。（3） 性能特征l 快速接入能力寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)應(yīng)該具有快速介入能力，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果有必要，可以犧牲系統(tǒng)高容量和低級(jí)別業(yè)務(wù)為來確保系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)對(duì)呼叫建立時(shí)間有嚴(yán)格要求。，一般

8、要求業(yè)務(wù)中斷的呼叫建立時(shí)間小于500ms，話權(quán)搶占時(shí)間小于200ms，以實(shí)現(xiàn)快速的指揮調(diào)度。l 更多安全性和保密性寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)是針對(duì)行業(yè)應(yīng)而設(shè)計(jì)的專用指揮調(diào)度通信系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)和信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄砸筝^高，尤其是政府、公安、軍隊(duì)、公共安全等國(guó)家安全部門或強(qiáng)力機(jī)構(gòu)使用的集群網(wǎng)絡(luò)，一定要防止遭受惡意攻擊以及信息被截獲或篡改等。因此，跨帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)應(yīng)能夠提供包括鑒權(quán)、空口加密以及端到端加密在內(nèi)的一整套完備的安全機(jī)制，來解決其所面臨的諸多安全威脅。l 更高的可靠性寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)可靠性方面有著更高的要求，要求具有強(qiáng)故障弱化、單站集成和抗毀能力，以提供應(yīng)對(duì)各種自然災(zāi)害或突發(fā)事

9、件的應(yīng)急指揮通信能力。寬帶數(shù)字集群終端還應(yīng)該具有脫網(wǎng)直通以及構(gòu)建Mesh網(wǎng)絡(luò)等的能力，是的在網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋時(shí)，能夠支持群組用戶的脫網(wǎng)直通能力。3. 技術(shù)選擇寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)可以基于不同的寬帶無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，首先LTE技術(shù)是3GPP大力發(fā)展的新一代寬帶無線通信技術(shù)，屬于國(guó)際4G標(biāo)準(zhǔn)。它采用OFDM和MIMO技術(shù)作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，在20M頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps和上行50Mbps的峰值傳輸速率；LTE系統(tǒng)采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，有效的縮短了控制面和用戶面時(shí)延；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)提高了近2-

10、4倍；此外，LTE系統(tǒng)還支持良好的移動(dòng)性，要求移動(dòng)速率達(dá)到120km/h-350km/h時(shí)移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)保持連接，確保其不掉線。而LTE技術(shù)中的TD-LTE相對(duì)FDD LTE來說，又具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，比如TD-LTE系統(tǒng)的上下行鏈路無須使用成對(duì)的頻譜，這樣可以方便的使用和配置LTE-FDD系統(tǒng)不能使用的零散頻段，能有效的提高頻譜利用率，在頻譜資源緊缺的情況下具有天然優(yōu)勢(shì)；TD-LTE系統(tǒng)在線支持不對(duì)稱業(yè)務(wù)方便具有很大靈活性，可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型林谷配置TDD幀的上下行配比，相對(duì)比FDD系統(tǒng)可有效避免信道資源浪費(fèi)；在使用智能天線時(shí)，LTE系統(tǒng)的上下行聯(lián)盟路可以使用相同的權(quán)值，無需分別計(jì)算，能有效降低

11、移動(dòng)終端的處理復(fù)雜性；TD-LTE系統(tǒng)中個(gè)，由于上下行信道一致，基站的接收和發(fā)送更可以公用該部分射頻單元，在一定給程度上降低了基站的制造成本。此外，TD-LTE及時(shí)是我國(guó)自主創(chuàng)新的TD-SCDMA的演進(jìn)技術(shù)，是未來寬帶移動(dòng)通信的主流標(biāo)準(zhǔn)之一，也是移動(dòng)通信與寬帶無線計(jì)入融合的典范。TD-LTE寬帶集群通信系統(tǒng)不僅可以承載TD-LTE系統(tǒng)高速率、大寬帶等諸多優(yōu)點(diǎn)，與現(xiàn)有集群通信系統(tǒng)相比具有更大的信道容量、更高的頻譜利用率、更強(qiáng)的抗干擾能力和更好的傳輸性能，滿足現(xiàn)代集群通信網(wǎng)絡(luò)在容量、帶寬、傳輸速率和頻譜利用率等方面的需求，而且在系統(tǒng)該研發(fā)的自主性方面具有其他寬帶通信技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前美國(guó)聯(lián)邦

12、通信委員會(huì)FCC在“國(guó)家寬帶計(jì)劃”中明確指出，用于商用的高700MHz D頻段要使用跟國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)空口協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有國(guó)家安公共安全網(wǎng)絡(luò)的兼容，并支持公共安全頻段的用戶的漫游和高優(yōu)先級(jí)訪問，而最合適的標(biāo)準(zhǔn)是LTE。國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)在后續(xù)演進(jìn)上也考慮采用LTE技術(shù)。由此可以看出，選擇LTE技術(shù)發(fā)展寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)是具有先進(jìn)性和可行性的。4. LTE集群關(guān)鍵技術(shù)基于LTE 的數(shù)字集群需要解決實(shí)現(xiàn)集群通信的一系列關(guān)鍵技術(shù)：l 下行信道共享技術(shù)為支持集群通信系統(tǒng)的組呼、廣播呼叫，需實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的下行信道共享，即同一物理信道資源應(yīng)能被小區(qū)內(nèi)屬于同一用戶組的多個(gè)用戶共享。此外

13、多個(gè)被叫用戶可能分布在不同的區(qū)域并在移動(dòng)，系統(tǒng)要為每一個(gè)區(qū)域建立信令連接和共享業(yè)務(wù)信道，同時(shí)還要根據(jù)集群用戶的移動(dòng)，實(shí)時(shí)地變更所提供服務(wù)的區(qū)域，在集群用戶所在的新區(qū)域建立信令連接和共享業(yè)務(wù)信道。需要在LTE 的物理信道、邏輯信道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研究定義新的信道映射、信道指配方式以支持下行信道共享。TD-LTE 系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)的是單個(gè)用戶的調(diào)度和數(shù)據(jù)傳輸，如果不實(shí)現(xiàn)下行信道共享，當(dāng)組群內(nèi)有大量用戶同時(shí)接聽時(shí)，必然需要對(duì)每一個(gè)用戶都分配信道資源、調(diào)度控制和傳輸數(shù)據(jù)，這樣會(huì)導(dǎo)致消耗大量接入網(wǎng)資源。特別是對(duì)于高速多媒體業(yè)務(wù)，這種方案將很難滿足集群系統(tǒng)的要求。因此基于TD-LTE 的數(shù)字集群系統(tǒng)，需要對(duì)TD-

14、LTE的物理層信道、相關(guān)物理層過程以及上下行鏈路的傳輸信令進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)MAC 層的調(diào)度機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。主要是在TD-LTE 的物理層控制信道上增加組群的信令控制能力，并對(duì)共享信道增加對(duì)集群業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)。l 上行信道搶占技術(shù)在一個(gè)集群呼叫過程中，同一時(shí)間只有一個(gè)用戶能夠獲得話權(quán)成為講話方，其他用戶為接聽方，為此，需要支持話權(quán)申請(qǐng)、話權(quán)搶占等功能。需基于LTE 的資源分配和調(diào)度技術(shù)進(jìn)行深入研究，并進(jìn)行必要的增強(qiáng)改造以實(shí)現(xiàn)這些功能。l 快速呼叫建立技術(shù)與公眾通信網(wǎng)相比，集群通信系統(tǒng)對(duì)呼叫接續(xù)時(shí)延有很高要求，需滿足PTT“按鍵即講”的要求。TD-LTE 系統(tǒng)由于采用扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、優(yōu)化的信令協(xié)

15、議，其控制面和用戶面時(shí)延與3G 相比已顯著降低，但與集群通信對(duì)呼叫接續(xù)時(shí)延的要求相比還有一定差距，還需結(jié)合下行信道共享、上行信道搶占對(duì)LTE 系統(tǒng)的改造，來分析研究?jī)?yōu)化接續(xù)流程，提高接續(xù)速度。因此可能需要對(duì)LTE 的呼叫接續(xù)流程做修改以提高接續(xù)速度。l 集群指揮調(diào)度技術(shù)集群通信系統(tǒng)需要提供較強(qiáng)的指揮調(diào)度功能，包括組呼、廣播呼叫、強(qiáng)插/強(qiáng)拆、動(dòng)態(tài)重組、遲后進(jìn)入等集群系統(tǒng)所具備的特色功能。需要研究分析TD-LTE 的資源分配與呼叫信令，通過必要的修改以支持這些指揮調(diào)度功能。基于TD-LTE 的寬帶多媒體集群系統(tǒng)功能實(shí)體和接口如下圖所示。為了支持集群業(yè)務(wù)，將對(duì)eNodeB、MME、P-GW 和HSS

16、 網(wǎng)元進(jìn)行改進(jìn)，增加相應(yīng)的集群功能實(shí)體來實(shí)現(xiàn)集群。eNodeB 中增加了RTDF（Radio Trunking Dispatch Function，無線集群調(diào)度功能）實(shí)體，以實(shí)現(xiàn)調(diào)度和發(fā)送廣播/尋呼消息，處理呼叫（單呼、組呼、廣播呼叫）建立的信令，以及分配各小區(qū)中的信道（專有信道、組呼信道、廣播呼叫信道、單呼信道）。同時(shí)為了支持故障弱化功能，RTDF 能夠在eNodeB 與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備失去聯(lián)系時(shí)，處理本基站覆蓋范圍內(nèi)用戶的組呼業(yè)務(wù)請(qǐng)求 。在MME 中引入了TDF (Trunking Dispatch Function，集群調(diào)度功能) 實(shí)體，用于群組呼、廣播呼叫和呼叫優(yōu)先級(jí)控制等呼叫功能，以及其它集群業(yè)務(wù)和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入和處理。TDF 包含了用戶組ID、組尋呼區(qū)域、用戶優(yōu)先級(jí)、調(diào)度員列表等信息。PDN-GW 增加了TPF（Trunking Packet Function，集群分組功能實(shí)體），來對(duì)組用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)。HSS 增加了GPF (Group Profile Function) 功能實(shí)體，來實(shí)現(xiàn)用戶組信息（包括每個(gè)用戶所屬的組ID 列表）的存儲(chǔ)。提供集群業(yè)務(wù)用戶和群組信息的存儲(chǔ)和管理功能，為具有集群業(yè)務(wù)的用戶進(jìn)行開戶、注銷、業(yè)務(wù)的鑒權(quán)、授權(quán)和計(jì)費(fèi)等。D-GW（Dispatch Gateway，調(diào)度網(wǎng)關(guān)）用于提供專網(wǎng)系統(tǒng)中的有線調(diào)度臺(tái)的接入，對(duì)專網(wǎng)內(nèi)的群組/用戶