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4G TD-LTE宽带多媒体集群专网

在我国,除了国防军事应用的作战指挥专网外,无线专网的行业应用需求主要集中在政务网和企业网两大类。政务网是面向公共安全和政务指挥调度的专网,行业用户包括:警察、安全、武警、政府政务及行政执法等部门。企业网是面向重点行业和大型企业生产管理的专网,行业用户包括:公用事业单位(电力、供水、煤气等)、交通运输部门(航空、港口、铁路、轨道交通、水运等)、大型企业(油田、矿山、冶金、农垦等)。

政务和企业的行业需求构成了专网的生存土壤,而在业务应用上两大行业的需求又可概括为两大类:无线宽带接入需求和多媒体集群调度需求。无线宽带接入包括无线数据采集、无线视频监控、信息服务和移动办公等业务需求,而集群调度包括了多媒体集群指挥调度和应急通信等需求。

随着社会经济的发展和信息技术的进步,信息获取需求超常规增长,各行业部门、企业团体在集群语音业务的基础上,对集群多媒体业务、互联网业务、高速数据业务的需求日益迫切,其中又以高清视频监控和海量物联数据传输的需求尤为突出。集群和宽带接入的共网化、宽带化成为市场需求的主流。但因网络带宽的瓶颈问题,这些需求很大程度上是传统的窄带专网系统无法满足的,而以大带宽、高速率、全IP为突出特点的LTE宽带集群则非常符合市场需求,正引领集群通信进入崭新的时代。

从2008年始,中国普天即顺应集群通信发展趋势,依靠TD-SCDMA及TD-LTE领域的丰富经验,在业界率先采用TD-LTE技术体制研究和开发满足政府、公共安全以及企业专网需要的宽带集群无线专网。作为TD-LTE宽带集群研发和标准制定牵头企业,中国普天近年来获得了多项国家重大专项和电子信息产业发展基金的政府资金支持,LTE宽带多媒体集群系统在短时间内得到了长足的发展和进步。

系统介绍

普天4G TD-LTE宽带多媒体集群系统,简称WiTRA(WideBand Trunked Radio),它以第四代移动通信技术TD-LTE为核心技术,将TD-LTE的高速率、大带宽与数字集群技术中的资源共享、快速呼叫建立、指挥调度等特点进行融合,是一个集语音、数据、视频为一体的新一代宽带多媒体数字集群系统。

TD-LTE代表着当今世界移动通信产业的最先进水平,它采用OFDM、MIMO和扁平化网络架构等技术,系统峰值速率下行100M、上行可达50M,是TD-SCDMA的几十倍;系统具有很好的扩展性,可以和其它现有的网络互连互通;不同厂家的设备之间可兼容;同时TD-LTE具有明确的技术演进方向,由中国主导,包含大量中国专利,得到了广泛的国际支持。


图1 普天WiTRA LTE宽带多媒体集群系统架构图

WiTRA系统架构以LTE系统架构为基础,系统分为终端、接入网、核心网、调度控制中心和操作维护中心五部分,设备采用模块化、可配置、可裁剪的设计思想,可实现灵活配置和部署。在宽带接入方面,WiTRA系统实现了正交频分多址(OFDMA)技术、多入多出(MIMO)技术、智能天线、同频组网、TDD时分双工、全IP网络架构、动态资源分配、自适应调制、空口头压缩、光纤拉远、绿色节能等十多项关键技术。这些技术有效提升了系统容量、性能,降低了运行成本。在集群通信方面,WiTRA系统具备了六大特性,包括:快速呼叫建立、调度呼叫控制、安全加密机制、服务质量保证、故障弱化和脱网直通。

WiTRA系统支持的业务包括以下几类:

基本业务:语音单呼、可视单呼、语音组呼、可视组呼、广播呼叫、短数据、电话互联业务;

补充业务:迟后进入、动态重组、遥晕/遥毙/复活、强插/强拆、全呼、 预占优先级呼叫、紧急呼叫、缩位寻址、环境侦听、无线静默、缜密监听、调度员授权呼叫、调度区域选择、限时通话、包容呼叫、多通话组扫描、讲话方号码显示、呼叫报告、呼叫保持、呼叫禁止、呼叫等待、呼叫转移等;

增值业务:多媒体消息(MMS)业务、流媒体业务等;

综合应用业务:高速数据业务、GIS指挥调度、故障弱化、脱网直通、应急通信、物联网业务和移动互联网业务等。

系统特点

作为新一代集群系统,与现有窄带数字集群通信系统和目前用得比较多的高速专网技术 Wi-Fi、WiMAX等相比,普天WiTRA LTE宽带多媒体集群系统具有更大的信道容量、更高的频谱利用率、更强的抗干扰能力、更好的传输性能,以及低成本、可伸缩、可配置的全IP无线多媒体网络架构,可充分满足大容量、大带宽、高速率、高频谱利用率的现代集群通信网络的需求。具体来说,WiTRA系统有以下几个显著特点:

1.大带宽、高速率,丰富的多媒体集群业务:WiTRA系统可工作在1447~1467 MHz 或1785~1805MHz两种20M带宽频段上,峰值传输速率上行30Mbps,下行可达80Mbps。WiTRA系统充分利用TD-LTE其大带宽、高速率的突出优势,在同一集群系统上可同时提供语音、数据、视频多种应用。可在支持传统语音集群业务的基础上,针对客户日益增长的多媒体业务需求,扩展支持可视组呼、视频调度、高清视频监控、视频会议等大流量的多媒体视频应用业务;以及海量无线数据采集、高速数据查询、网络浏览、移动办公、定位服务等数据类业务。

2.呼叫建立时间短,接续快,时延小: LTE的扁平体系架构可有效支持实现集群呼叫时延小的客户需求,时延指标达到组呼建立<500ms,话权申请时延<200ms,视频对讲端到端时延不超过1s。

3.单基站覆盖半径大:市区1~3km,郊区3~5km,农村5~15km。

4.频谱效率高,大于3.5bps/Hz,同时支持同频组网,支持从5、10、15、20MHz可变带宽,支持上下行时隙配比可调,组网灵活方便,可灵活应对专网不同的应用需求。如针对上行数据量明显大于下行的数据采集类专网,可利用3:1的上下行配比,把更多的资源分配给上行数据传输,最大可能的优化传输性能。

5.海量实时用户:单核心网支持400个基站,同时在线终端100万。

6.网络可靠性高:具有强故障弱化和抗毁能力。可快速机动搭设专网,应对突发自然灾害、重大事件。

7.高度的安全防护能力:WiTRA系统采用三层安全加密体制,支持终端鉴权、空口加密和端到端加密,可对语音、数据、视频实时加密,满足公安、政府部门等关系到国家安全的专网的特殊安全要求。

8.支持高速移动:理论最高速率可支持350公里/小时,在高速移动专网领域会满足其特殊要求。

9.支持长期演进:WiTRA系统在技术方面可跟随LTE技术发展进行长期演进和规划,在发展前景方面更易长久支持市场需求,也可容易形成统一标准,扩大市场供应链,实现多厂商供货、多方共赢。

行业应用

普天WiTRA LTE宽带多媒体集群系统充分利用自身大带宽、高速率、全IP等特点,充分满足了海量物联数据采集、高清视频监控等应用需求。同时利用共网化设计,根据市场的具体需要,兼容和满足宽带接入和集群通信两大需求。目前WiTRA系统在一些政务专网中已经得到初步应用,而在能源领域,如石油、煤矿等;在交通运输领域,如智慧城市交通、港口航道等;在绿色生态领域,如智慧森林,智慧农业等等对TD-LTE也显示出了旺盛的需求。

中国普天从2008年始至今一直致力于开发满足政府、公共安全以及行业专网需要的TD-LTE宽带集群无线专网,并在专网领域承担多项国家重大专项,在此过程中,取得了多项优秀成果,先后完成了数十项国家TD-LTE宽带集群专网重大专项技术和产品研发,主导了TD-LTE宽带集群专网国家及行业标准制订工作,建设了TD-LTE宽带集群技术国家级重点实验室、宽带集群国家级产品测试和检验中心;建立了TD-LTE宽带集群产品应用示范基地;组建了产业联盟,全面推动TD-LTE专网产业链建设。


图2 普天WiTRA LTE宽带多媒体集群系统应用

2011年中国普天中标 “北京市TD-LTE政务物联数据专网项目”,成为全球首个TD-LTE专网项目的设备提供商,并于2011年11月率先打通First Call。北京市TD-LTE政务专网的目标是实现以下功能,一是开展感知类业务,如对空气、水环境做一些监控;同时也会对高端农作物生长过程中温度、湿度进行监控;利用RFID对畜牧的养殖过程做监控。这类业务也是我们现在打造无线城市、智慧城市的基础性应用。二是交互类应用。主要实现移动政务、移动办公等功能。三是实现流媒体的功能,像视频监控等。四是会话类应用。 

除“北京TD-LTE政务物联数据专网”外,中国普天TD-LTE宽带集群无线专网在 “北京市海淀区BWT宽带集群示范网”、“天津市多媒体数字集群专网”得到规模应用,为政府部门提供无线宽带视频、物联网数据等宽带应用,满足城市管理和服务相关部门在突发事件处置中的应急联动需求。2013年5月,中国普天中标银川市4G多媒体集群专网,为银川市的公共安全、应急联动、电子政务提供保障;提高了银川市各委办局的工作效率和城市管理水平。


图3 政务物联数据专网

除政务网络外,中国普天还积极拓展石油等各重点行业市场。普天针对石油行业特性和切实需求,将TD-LTE无线通信技术及云计算、物联网等信息化最新技术成果应用到石油行业的数据采集、传输、流程管控和优化全过程,积极推动石油行业信息化建设。面向上游油气田、中游长距离输油管道等场景的数据采集与监控,生活区办公区等场景的无线宽带传输,支持油气水井数据采集、视频监控、移动作业无线通信、矿区智能信息采集、应急通信、无线宽带接入等业务应用,以低成本、广覆盖、多业务的支撑能力满足油气田生产工作现场分散、小数据量采集、区域性密集的业务需求,大幅降低单位面积的设施和维护人员的投入。现已建设“廊坊石油基地智能物业管理无线接入”、“玉门油田酒东试采区监控系统”等项目。

WiTRA系统是国家重大专项重点资助项目,普天在竭力研发的同时,还作为牵头单位负责LTE宽带集群的标准制定工作,通过近两年对LTE集群标准化的不断研究,普天取得多项优秀成果,获得该领域多项技术专利。

作为中关村科学城第二批启动的建设项目单位,中关村(普天)“宽带集群产业创新园”也即将进入实质性规划设计阶段。该项目是中国普天根据北京市政府对发展战略性新兴产业的要求,在北京市政府的大力支持下,整合集团的优势资源,计划用五年的时间,投资20亿元,全力打造国家级“中关村(普天)宽带集群创新园”,致力于新一代宽带集群专网的产品研发、标准制订、应用示范和推广辐射,使之成为国内乃至世界领先的无线专网(集群)产业创新基地。

通过TD-LTE集群通信系统的研发,中国普天近几年积累了丰富的集群研发和市场经验,培养了专业的高素质技术团队,形成了完全国产化的集群系列产品,具备了规模组网、产品化、产业化的基本条件。

在百年历史的发展中,中国普天始终承担着通信工业国家队的使命和职责,支撑国家信息通信发展需要,不断刷新着中国信息通信制造业的“第一”,将领先的信息通信产品和技术服务于广大用户。而普天WiTRA LTE宽带多媒体集群系统也正以新一代集群的崭新面貌助力政务和企业专网的建设,为宽带无线专网和集群通信事业的进步贡献着自己的力量,续写着普天新的未来。

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