我国专网LTE的发展探讨

郑祖辉

中国电子学会通信学分会副主任

专用移动通信专家委员会主任

目前有许多部门和单位（特别是已经建了数字集群通信系统的），都提出了我国数字集群通信系统的数据宽带应该怎么发展的问题。

专网宽带应该是指专网数据业务的提速，而不是指话音业务宽带，事实上话音业务速率现在是朝越来越低速发展（从上个世纪七、八十年代的波形编码PCM的64kbps发展到32kbps、16kbps的△M、CVSD，一直到现在已经是波形编码和参量编码两者结合的混合编码的2.4kbps、1.2kbps，甚至是600bps）；而数据带宽却是越来越宽，两者正朝着相反的方向发展。

1 关于专用移动通信

专用移动通信的重要性本文就不多谈了。目前，我国专用移动网的数量可能还远不及公用移动网数量的一个零头，但专用移动通信的作用却是不可或缺的。

ITU于1998年3月专门为Digital Trunking（数字集群通信）发布了一份题为“用于调度业务的高效频谱的数字陆上移动通信系统（Spectrum Efficient Digital Land Mobile System for dispatch traffic）”（ITU-R37/8）的文件。从题目上看，它明确了数字集群通信的核心和特点是“调度业务（Dispatch traffic）”、“陆上移动通信系统（Land Mobile System）”和“高效频谱（Spectrum Efficient）”。它又规定数字集群通信应具有用户终端业务（Teleservices）、承载业务（Bearer services）和补充业务（Supplimentary services）等三种业务。其中用户终端业务和承载业务合在一起又称为基本业务。

文件还规定数字集群通信的功能有以下一些要求，包括：呼叫控制功能、移动性管理功能、鉴权认证、加密（又分空中接口加密和端到端加密）、故障弱化、虚拟专网以及直通工作方式（包括基本工作方式、转发器工作方式和集群网关工作方式）等。

那么，如何实现数字集群通信的调度业务（Dispatch traffic）和高效频谱？

要做到“高效频谱”，需要采用好的多址接入方式（TDMA、CDMA以及它们的混合方式）；要通过“按键讲话（PTT）”功能以及采用“动态共享若干个信道”技术，即动态分配信道等措施。大家所熟知的所谓300ms的指标也就是从这里提出来的。

而要满足“指挥调度”的要求，则必须具备数字集群通信的基本业务和功能的保障，特别是话音调度业务；需要具有所谓300ms的快速的接入时间；需要具有极强的指挥调度功能，如指挥调度等级划分、动态重组、灵活的调度台设置、脱网直通、话音和低速数据（或短消息）的快速转换等等以及要有良好的抗干扰性能——采用好的数字调制方式（效率高、抗干扰性强）等。

其后，ITU还专门成立了PPDR（Public Protection and Disaster Relief，公共保护和抢险救灾，简称公共安全通信）。他们把PPDR归纳的突发公共事件分为以下4个方面：

（1）自然灾害：主要包括水、旱、气象、地震、海洋、生物和森林草原火灾等灾害；

（2）事故灾难：主要包括工、矿、商、贸等企业的各类安全事故，交通运输事故，公共设施和设备事故，环境污染和生态破坏事件等；

（3）公共卫生事件：主要包括传染病疫情，群体性不明原因疾病，食品安全和职业危害，动物疫情，以及其他严重影响公众健康和生命安全的事件：

（4）社会安全事件：主要包括恐怖袭击事件，经济安全事件和涉外突发事件等。

所以，PPDR规定的无线通信除了应对日常工作状态下各部门在职责范围内的例行工作（无重大应急处置任务）和抢险救灾现场下的最低要求外，还要能处置重大突发事件或公共事件（包括火灾和重大活动的安保，如大型活动，政府首脑会议等等）时的需要，以及发生灾难时（洪水、地震、冰灾、风暴等自然灾害和大规模暴乱或武装冲突）时的需要。

可见，作为应急通信所需要的专用移动通信，应考虑采用话音、高速数据和视频等技术，而且话音是最重要的、也是必须具备的业务。

这也许就是专网移动通信和公网移动通信的最大不同之处。

趁此，重提一下TETRA数字集群通信系统。ETSA从1989年开始立项论证TETRA，并明确把它定位于政府和公共安全服务使用。TETRA经过差不多8年时间，至1997年才生产出第一套TETRA设备。目前，TETRA已经成为各国任务关键型（Mission Critical）和安全关键型（Safety Critical）通信的首选体制。它也是国际上十余个数字集群通信技术体制中功能最丰富、技术最成熟、使用最广泛的国际标准。根据国际TETRA和关键通信协会（TCCA）于2013年初提供的数据：从1997年TETRA开始商用到现在，在全球已有125个国家部署了超过1 200个TETRA网络，使用终端设备超过400万部；而截至2013年10月底，TETRA在中国已经建成接近220个TETRA网络，使用终端设备约40万部。现已投入运行的TETRA网络涵盖政府、公安、武警、军队和公益性企业等用于城市管理和公共安全的大、中型网络，以及用于城市轨道交通、机场、港口、水务、电力、石油天然气及工矿企业等一批大、中、小型网络。TETRA网络已应用于2008年北京奥运会、2009年建国60周年阅兵和游行、2010年上海世博会、2010年广州亚运会、2011年深圳大运会、2013年沈阳第12届全运会和南京亚青会等具有国际、国内重要影响的特大型活动，为安保、交通、后勤、组委会提供快捷、可靠、安全的指挥调度通信保障，受到各级领导和一线使用人员的好评。在突发的“5.12”汶川大地震、“4.20”雅安强震等抢险救灾中，现场快速部署的TETRA系统也发挥了重要作用。TETRA的调度功能和可靠的组网能力为奥运会、世博会、亚运会、大运会等提供了数以千计的通话组，灵活的跨组织横向协同通信，实现车辆定位、个人定位，以及短信息和分组数据应用。针对重大活动的开、闭幕式和突发事件产生的大话务量对网络的冲击，TETRA能够提供最优的解决方案和应对措施。endprint

2 对LTE的一些简单认识

我国的专用移动通信向LTE的发展方向是肯定的，也相信会很快发展。但是专网LTE从几年前的起步到普遍、成熟的应用，可能还是需要一定的时间。

目前TETRA正处于“久盛不衰、方兴未艾”的时期，估计至少还有5～10年的发展期。因此这段时间很可能是TETRA和LTE并存时期。至于什么时候TETRA退出市场或者说称为TETRA over LTE，则要看LTE系统中的窄带话音通信体制的发展和成熟快慢而定，即什么时候能够替代TETRA。

LTE具有高的通信速率和频谱效率，在20MHz最大带宽时，下行可达100Mbps、上行可达50Mbps；频谱利用率下行为5bit/s/Hz、上行为2.5bit/s/Hz。LTE支持多种带宽，具有系统部署上的灵活性。LTE除了可支持20MHz最大带宽外，还可支持15MHz、10MHz、5MHz、3MHz、1.4MHz等几种带宽，以及相应的速率。另外它还有具有高移动性（如适用于高铁）、分组交换与QoS保证和扁平化网络结构等。

由于我国数字集群通信800MHz的频段早已定为806—821MHz和851—866MHz，共2×15MHz，有600对载波；而专网LTE国外普遍使用的是700MHz频段。但700MHz这个频段，我国早已分配给广电使用，因此，国家无线电管理局只能把专网LTE频段暂定为1 447—1 467MHz，共20MHz（可用作1个载波）。此外无线电管理局还指配了336—344MHz频段的8MHz可供宽带数据使用。另外据了解，国家无线电管理局对专网宽带频谱和数字集群通信的频谱的指配是不同的：窄带是按各专业的需求指配，而宽带则是按区域分配。

目前来看，LTE专网有两种发展的方式：

一种是建一个单独的LTE网络，它既具有窄带话音，又具有宽带数据，一张网、一个频段、一个终端，使用方便。它比较适用于原来没有建设数字集群通信网的地域和部门。可以一步到位，避免建设两张网（即先建一张窄带专网，再建一张宽带专网）。但是这个窄带话音网能否达到或接近目前已经大量建设的TETRA系统的指挥调度水平，尚存疑虑，而且这个专网LTE的标准什么时候能够制订和发布也不得而知。

另一种是基于现在有许多地域和部门已经投资建了诸如TETRA等窄带话音指挥调度网，因此较为现实地考虑采用兼顾窄带话音指挥调度和宽带数据业务的解决方案，即窄带和宽带的融合。话音用已建的指挥调度通信网，宽带数据用LTE网。确实，现在TETRA在国内已建有接近220个网络，投资估计已达100亿元，肯定不可能全部废除而重新投资再建一个专用LTE网。也就像目前我国公网三大运营商刚开始运营4G，但终究还有约10亿的2G用户，不能将其取消。所以有人提出了TETRA-LTE（类似还有GSMR-LTE、GoTa-LTE等等），两个网络的融合。两张网可以通过网关来实现宽、窄带的互通，或者可以在交换控制中心实现融合。

目前来看，两张网的融合是完全可以实现的，但也得分步走。例如TETRA-LTE可能先实现“TETRA+LTE”，再过若干年后实现“TETRA over LTE”，完全实现一张网的目标。但这个“若干年”很可能是8～10年时间。按照TCCA发布的时间是在2020年以后。

3 对发展专网LTE的几个问题

基于以上的分析和我国集群系统发展的现实，就专网LTE的发展特提出如下问题供大家讨论：

（1）宽带是需要频率来支撑的，目前的1 447—

1 467MHz的20MHz频段带宽够不够用？

（2）宽带数据和话音通信的关系如何处理？是一个网还是两个网并存？在宽带网中话音和数据是并传还是各传各的？

（3）宽带数据专网中的话音通信需不需要符合国家已经批准的体制标准？需不需要和已建的数字集群通信网互联互通（包括空中接口的统一等）？因为目前我国已批准和建成运行的网络有4个系统。是否要考虑宽带专网的话音通信和已建的数字集群网相互联通？

（4）各类用户对专网LTE有什么样的需求？是否可共用一个网、而此网用一种速率就能满足各方的要求？各类专网用户业务是否都需要使用100Mbps这么高的速率？

（5）将来拟选用哪一种或几种方案？还是几种方案并存？（即拟采用多宽的带宽？如目前有500kbps左右的中速、相当于3G的高速和相当于4G的超高速）。

（6）我国的专网LTE的市场有多大？如何发展？

（7）包括频段、带宽、组网方式、运营和运行等，专网和共网的LTE应用是否一样？

（8）专用宽带网将怎么运营或运行。是各专业部门自己管理运行，还是由运营商来运营。宽带的运营和窄带的运营会不会是相同的？有没有独立建自己部门宽带专网的需求？有些专业部门是否可以借用宽带公网（与宽带融合）？等等。endprint