基于TD—LTE的水务无线宽带网络系统研究

钱煜哲++李浩宁

摘要：本文研究以第四代移动通信技术TD-LTE为核心，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，研究一套集语音、数据、视频为一体的宽带多媒体数字集群网络，为防汛应急抢险、水文数据采集等水务应用提供无线宽带通信链路。

关键词：TD-LTE 水务应用

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0052-01

1 系统需求

该系统需同时具备专业集群通信性能、高可靠性和高实时性数据传输以及多媒体调度的能力，能够提供宽带无线传输业务，支持与水务各信息应用平台应用对接，一张网络同时支持宽带数据传输和集群调度，满足水务专网语音、数据和视频通信综合调度的需求。

1.1 语音集群调度

系统支持专业集群呼叫、紧急呼叫、私密呼叫、DMO等功能。

1.2 宽带无线数据传输

在水务日常巡检和防汛紧急任务时，可实现采集现场数据实时上传、查询远端服务器数据、移动政务办公、人员车辆定位等功能。在水务视频监控系统应用中，可以为固定点监控和移动车载监控提供实时视频回传的宽带网络，实现可视化指挥。

1.3 系统保密及安全性

系统具备较高的保密及安全性，提供无线空口、端到端的语音、数据加密及QOS控制，可保障特殊情况下的重要业务畅通。

2 关键技术

采用OFDMA、MIMO、小区间干扰抑制技术、链路自适应技术等TD-LTE的关键技术，同时还采用空中接口数据链路模型、网络安全管理技术和服务策略等，保证网络语音集群功能的高效性和网络的安全可靠。

2.1 性能高效

系统在20MHz系统带宽下，下行瞬间峰值速率100Mbps，上行瞬间峰值速率50Mbps，并且系统具有良好的移动性能，能够满足终端120km/h高速移动下高性能服务需求，在120～350km/h下能保持蜂窝网络的业务性能。

2.2 业务融合

系统具有高数据吞吐能力，为水务应用提供高清视频服务、物联网数据采集、移动互联网等服务，并且根据业务需求提供多媒体集群调度功能，满足水务行业中语音、集群等业务需求。

2.3 应用灵活

系统采用TDD时分双工技术，上下行时隙资源可根据需求协调配置。系统带宽可以从3M/5M/10M/15M/20M灵活配置，保证了频带资源的优化利用，并有效提高了频谱利用率。系统通过GOS、QOS控制策略，保证在防汛等发生突发事件时，重要用户可以正常通信。

2.4 安全稳定

系统具有良好的安全保密性能，通过无线空口加密、端到端语音加密、数据加密、硬件加密等加密认证措施，确保了网络通信的安全可靠。并且系统采用冗余化网络架构设计方案，关键网元（如核心网、HSS等）采用N+1方式进行网络设计与组网，保证网络运行的安全可靠。

3 系统架构

系统主要分为应用层、网络层和接入层三部分构成。

3.1 接入层

接入层主要由应用终端组成，包括：CPE、手持终端、车载终端、背负式终端、数据传输终端、无线上网卡等多种形态。终端设备与基站之间通过Uu空口协议进行数据通信，并经过IP网络与TCN、业务应用层的有效通信，最终完成终端的控制管理和语音、数据等业务服务。

3.2 网络层

网络层主要由基站eNodeB、核心网TCN、操作管理中心、第三方系统网关等构成。

基站eNodeB包括：eBBU（Base Band Unit，基带处理单元）、eRRU（Remote Radio Unit，射频拉远单元）和智能天线组成，主要完成无线接入功能，包括管理空中接口、接入控制、移动性控制、用户资源分配等无线资源管理功能。

核心网TCN，主要由MME、SGW、PGW、HSS等功能模块构成，完成网络的呼叫信令控制和数据承载建立，主要实现用户连接、用户管理以及对业务完成承载，并作为承载网络提供到外部网络的接口。

操作管理中心负责操作维护系统中的各功能实体，包括移动台（MS）、基站子系统（eNode B）、核心网（TCN）等，实现配置管理、故障管理、性能管理、拓扑管理、软件管理、安全管理、测试跟踪管理、系统管理、命令行操作方式管理等功能。

3.3 应用层

应用层主要由水务行业应用系统、视频监控中心和指挥调度中心等构成。

水务行业应用系统包含各数据管理信息系统、数据采集系统等多种业务系统，借助应用系统可以为用户提供多种水务应用服务。

视频监控中心实现对视频系统设备、用户等的有效管理，为用户提供视频图象实时观看、图像转发、图像存储等服务。

指挥调度中心，为用户提供语音、多媒体集群调度服务。

4 业务应用

系统通过TD-LTE网络作为接入层网络，汇聚所有无线终端的数据业务，基站通过有线方式接入IP网络。

4.1 视频、数据业务

水务视频监控、水文数据采集、移动办公等IP数据业务，通过基站与核心网建立的数据通道接入核心承载网络中，分别可以连接到内部办公网络、外部数据网、视频监控系统和水文数据采集系统等应用系统中，为水务工作人员提供各种数据、视频业务，同时可以通过网关与Internet网络连接，为终端提供PPPoE、DHCP等连接方式访问外部网络。

4.2 语音业务

语音业务流在TCN的配合下，基站与TCN之间建立信令和媒体的连接。语音局内呼叫主要由集群核心网TCN完成局内语音呼叫的交换功能，终端语音包通过基站和TCN，由TCN判断是否为局内呼叫，如果是则由TCN完成话音的交换功能，如果不是则通过外部接口出局。

4.3 集群业务

通过集群核心网和调度集群业务平台，实现集群业务的控制与管理功能，并可以通过集群网关设备，实现与其他已有集群系统的对接。

5 结语

由于水务业务大多于河道、水利工程相关，导致许多部门、站点以及突发事件地点处于郊野空旷地区，宽带网络不发达，导致数据传输不够畅通，常常需要为某个站点单独建设宽带链路。通过该系统，可为水务各项业务提供一个宽带无线网络，通过建设基站可覆盖大部分地区，既不用为某个站点单独建设宽带链路，又可为防汛应急抢险提供宽带链路，为水务业务主管部门建立一整套数据采集、语音调度、防汛应急指挥系统提供链路保障，提高了水务业务数据传输的实时性、可靠性及便捷性。

参考文献

[1]曹健.TD-LTE无线网络的多场景覆盖解决方案设计[D].北京邮电大学，2013.

[2]张斌.TD-LTE无线网络规划关键技术研究[D].南京邮电大学，2012.