LTE地面无线通信系统在民航通信业务中的应用研究

黎浩标

摘 要：伴随着民航业的高速发展，飞行流量迅猛增长，对民航业通信业务的要求也逐渐提高。在此新形势下，行业用户对多媒体调度、多任务并发、实时数据处理等实时综合业务需求愈加强烈，迫切需要新一代的无线通信接入技术来满足多媒体调度的需求。文章结合场景案例的部署情况，对LTE地面无线通信系统在民航通信业务领域的应用进行阐述。

关键词：LTE；地面无线通信；民航通信；调度

1 研究背景

民用机场地面通讯发展，经历了两个阶段。从原始的手势通讯指挥，过渡到电子通讯指挥。上世纪90年代，模拟集群系统开始兴起。当时语音集群业务已经可以满足通信组内快速通信的需求，在指挥调度中发挥重要作用，90年代中期，模拟集群技术已经在我国的军队、公安、交通等多个领域广泛应用。2001年，我国建设了第一张TETRA网络，随后TETRA在中国取得了很好的发展。但是，随着社会的发展，行业用户对多媒体调度、多任务并发、实时数据处理等实时综合业务需求愈加强烈，迫切需要新一代的无线通信接入技术来满足多媒体调度的需求。

2 LTE地面无线通信技术介绍

2.1 LTE地面无线通信技术概况

LTE无线通信技术英文名称是Long Term Evolution，长期演进技术。是基于UMTS/HSPA和EDGE/GSM的新一代的通信网络技术。LTE通信技术是基于IP的网络结构，是原来的GPRS核心分组网的替代物。同时，由于LTE的兼容特性，可以向UMTS、CDMA2000和GSM等较旧的网络提供数据和语音的无缝切换，所以LTE也被叫做核心分组网演进。LTE之所以可以提升无线网络和数据传输能力和数据传输速度，主要得益于LTE借助新调制方法和新技术。LTE通信技术主要可以分为TDD和FDD两种制式。LTE可以提供高速移动的通信需求，得益于LTE支持广播流和多播技术。LTE的频谱增效是3G增强技术的2-3倍，因为LTE是以MIMO（多入多出技术）和OFDM（正交频分复用技术）为基础的。LTE-Advanced（LTE增强技术）是国际电信联盟认可的第四代移动通信标准。

2.2 LTE地面无线通信技术的基本架构

LTE地面无线通信技术的结构主要分为两个网元，演进型分组核心网（EPC，Evolved Packet Core）和演进型Node B（eNode B，Evolved Node B）。LTE地面无线通信系统只存在分组域。其中，eNode B主要负责接入网，也称作演进型UTRAN（E-UTRAN，Evolved UTRAN）；移动管理实体（MME，Mobility Management Entity）负责信令处理；演进型分组核心网（EPC，Evolved Packet Core）负责核心网；服务网管（S-GW，Serving Gateway）主要负责数据处理，如图1所示。

2.3 LTE地面无线通信技术接口协议

LTE地面无线通信技术的空中接口是E-UTRAN，有以下一些基本特性：

（1）支持TD（时分双工）和FDD（频分双工）通信，同时支持无线连接的时分半双工通信。

（2）强化支持高速移动的移动通信，可以支持终端在高达

500km＼h的移动速度下在不同频段下使用网络服务。

（3）节省电力，LTE上传技术采用SC-FDMA，下载技术采用

OFDMA技术。

（4）延迟低，LTE地面无信通信技术支持较短的建立连接和交

接的准备时间，最佳状态下，小IP包甚至低于5ms延迟。

（5）数据传输速度高，在E-UTRAN技术、20Mhz频段和4×4天线的配合下，峰值上传速率高达75Mbit/s，峰值下载速率高达299Mbit/s。

LTE地面无线通信技术的控制平面协议：

LTE地面无线通信技术的控制平面主要负责QoS保证、最后的资源释放、无线连接的建立、用户无线资源的管理，见图2：

NAS（Non-Access Stratum，非接入层）、MAC（Media Access Control，媒体接入控制子层）、RLC（Radio Link Control，无线链路控制子层）、PDCP（Packet Date Convergence Protocol，分组数据汇聚子层）、RRC（Radio Resource Control，无线资源控制子层）等共同组成LTE地面无线通信技术控制平面协议栈。其中，NAS（非接入子层）和RRC（无线资源控制子层）实现了控制平面的主要功能。NAS（非接入层）控制协议实体主要负责非接入层的控制和管理，位于MME（移动管理实体）和UE（终端）里。实现了以下功能：安全控制、产生LTE-IDLE状态下的寻呼信息、鉴权和承载管理等。

3 LTE地面无线通信系统在民航通信业务中的应用

3.1 地面无线通信系统的安全性

APN专线安全接入：

APN指一种网络接入技术，决定了终端上网时通过哪种接入方式来访问网络。APN具体结构和业务走向图如图3所示。P-GW和单位CE（单位4G接入路由器）置入同一MPLS VPN内，使网络能够实现三层互通，之后P-GW和单位CE（单位4G接入路由器）之间建立GRE隧道，此时P-GW和单位CE（单位4G接入路由器）逻辑上相当于直连。P-GW为用户分配地址，P-GW将LTE终端地址路由到用户接入路由器，下一跳为单位CE（单位4G接入路由器）的GRE接口，单位CE设置回指路由，下一跳为P-GW的GRE隧道口。实现LTE终端和用户接入路由器的互联互通，之后再在两个互联互通的IP之间实现业务或者业务通过硬件级的IPSEC加密。（此部署根据情况自行配置）

3.2 地面无线通信系统在安全生产中的应用

3.2.1 地面多媒体调度应用方案概述

此方案为基于LTE无线通信系统部署的调度平台。如图4所示，核心机房部署有调度平台服务器、交换机，运营商路由器。用户手中的LTE终端通过运营商的LTE网络与核心机房的服务器进行通信，服务器建立地域A与地域B之间的通信链路，地域A与地域B之间进而建立通信。出于安全性的考虑，机房与用户之间的通信还可以通过APN专线进行安全通信。核心机房集中对地域A以及地域B的用户进行管理，地域A与地域B的通信数据保存在核心机房服务器上。

由此可见，基于LTE地面无线通信调度系统的优势在于：

（1）终端功能多样化，智能化、IP化。地面调度不仅有语音功能，而且还可以满足新形势下的新业务需要，语音调度、视频调度以及数据传输可以同时进行；

（2）可以实现终端加密和空中加密，通过通讯审计，将语音、视频保存在核心机房。杜绝无法审计或审计无法朔源的情况发生；

（3）可通信范围更加广阔，只要有运营商信号的地方就可以进行通信，目前运营商的信号覆盖已经相当广泛；

（4）可拓展性强，除了多媒体调度应用之外，核心服务器还可以开发其他相关应用供用户使用。

3.2.2 系统健壮性

处于系统健壮性方面的考虑，在核心机房，可以部署冗余备份。例如，双服务器热备份，同时部署两台交换机，实现业务高可用性。与此同时，对于运营商的选择，可以同时选择两家运营商互为链路备份保障，从而保障系统可以安全可靠运行。

4 总体评价

综合以上所述，可以得出：LTE地面无线通信系统在民航地面调度中起到重要作用。LTE地面无线通信系统通过LTE无线网络传输，APN专线专用，全程加密，全面审计，核心机房记录所有语音、视频，规范生产过程。由于LTE地面无线通信系统可拓展性强，除了多媒体调度应用外，还可以开发其他相关应用供用户使用，应用前景乐观。