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无线通信
2012/4/7 15:07

BWT:中国自主创新的专网宽带无线多媒体集群系统

C114中国通信网  

引言:

过去三十年中,中国通信产业在公众通信领域的发展经历了从无到有、从跟随到独树一帜并与欧美国家抗衡的历程。面向行业市场的专网通信技术目前仍停留在第二代数字移动通信技术的发展阶段,国际上还没有成体系的基于新一代移动通信技术的宽带无线专网技术体制。BWT(Broadband Wireless Trunking,宽带无线多媒体集群系统)是中国无线专网领域众多知名企业、科研院所经过多年自主创新研发取得的初步成果,是“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项2013年度课题之一,它的出现标志着面向行业专网应用的宽带无线多媒体集群系统研究取得了重大进步。

一、BWT提出背景

无线通信最初是为军事、重点行业等专网服务的,上世纪80年代随着以GSM为代表的第二代公众移动通信的兴起,一直到2000年以后第三代、第四代移动通信技术的发展,极大地提高了人们的通信水平,加快了人类社会文明发展的步伐,无线技术在人类跨入信息化时代起着极为重要的作用。虽然当前专网通信技术落后于公网的发展,但专网市场的差异化需求,决定了行业专网将独立于公网长期存在,而将公网无线通信技术简单改造或直接应用于专网通信,常常达不到专网指挥调度实时性、安全性和可管理性等方面的要求。专网相对于公网应用的特殊需求如表1所示。

表1.专网相对于公网的特殊需求

专网运行要求

描述

可用性

网络要保持在任何时间的可用性达到99%以上

可控性

网络高度可控(如优先接入、调度指挥强插、强插等)

覆盖范围

覆盖范围不以保证人口密集区的通信量为主,而要尽量扩大地理覆盖范围

安全性

必须保证有足够完善的安全机制

低时延

呼叫建立时间不能超过500毫秒

互操作性

不同机构如警察、消防和急救机构,能够一呼百应、统一指挥行动

可靠性

网络必须高度可靠,支持故障弱化,如:脱网直通、自组网等

尤其是随着信息化与工业化的逐步融合,能源、交通运输、现代农业和公共事务等重点行业已经认识到信息化改造对促进传统工业在生产方式变革、产业结构优化、生产效率和经济效益提升等方面的重要价值。而对于行业安全生产、经营管理、应急处置等这些专网的迫切需求,传统窄带集群通信技术已经无法满足。

面对历史的发展机遇,2006年国务院通过《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》,设立了16个重大科技专项,其中专项三为“新一代宽带无线移动通信网”,2007年12月国务院常务会议审议并原则通过“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项实施方案。宽带无线接入是“新一代宽带无线移动通信网”重大专项的重要组成部分。重大专项宽带无线接入总体组把握信息化和工业化融合的历史机遇,积极响应各行业部门对下一代集群系统的迫切需求,创造性地提出了“宽带无线多媒体集群系统”这一全新的概念,在新时期将以面向行业专网应用的“宽带无线多媒体集群”作为其主要发展方向。

为了推动新一代宽带无线接入技术(含数字集群功能)在重点领域的行业应用,国家在政策和频率上也给予大力支持。针对行业信息化应用的新需求,2008年无线电管理局发布了工信部无[2008]332 号文和工信部无[2008]333 号文,其中332 号文扩展了1785~1805MHz 频段的业务应用范围,不仅可以开展语音、低速数据等窄带应用,也可以开展无线视频传输等宽带应用,而333号文决定将336~344MHz 频段规划为专用移动无线视频传输系统使用频率,其中336~340MHz 频段优先分配给为公安部门使用;2009年国家发改委、工信部联合发布了《电子信息产业技术进步和技术改造投资方向(2009~2011)》,在通信设备领域,重点支持具有自主知识产权的宽带无线接入系统、终端及核心芯片研发及产业化,推动新一代宽带无线接入技术(含数字集群功能)在重点领域的行业应用。

随着“两化”融合的稳步推进,可以预期“宽带无线多媒体集群系统”具有良好发展前景,重大专项宽带无线接入总体组正积极推动这一全新产业的发展。

二、BWT系统详解

 BWT的基本定义为“基于宽带无线通信技术,提供多媒体业务,以指挥调度功能为主的专用无线通信系统”。BWT系统采用统一的系统架构,支持多种已经标准化的无线接入模式,具有高频谱利用率、大区域覆盖、灵活组网、安全可靠等特性,满足用户以指挥调度为主的多种业务应用需求。

BWT的系统架构如图1所示。


图1.BWT网络架构图

BWT系统由四部分组成:接入子系统、交换控制平台、调度应用平台和终端。

接入子系统

包括MTS-RAN(中速接入子系统)、HTS-RAN(高速接入子系统)、STS-RAN(超高速接入子系统)和Other-RAN (其他接入子系统),其中中速RAN采用PDT系统,具有实现语音、短数据、图像以及中低速数据传输等业务能力;高速RAN采用McWiLL系统,具有实现语音、短数据、图像、视频以及分组数据业务能力;超高速RAN采用基于WiTRA系统,具有实现语音、短数据、图像、视频以及分组数据业务能力;而Other-RAN则表明该架构的开放性,可以支持传统及未来的通信系统。

主要特点:

统一接入:统一功能规划、统一接口协议、统一业务流程、统一物理连接。

故障弱化:采用基站自组网技术、自中继技术、机动重组技术和终端直通技术。

交换控制平台

包括CS(中心控制服务器)、MGW(媒体网关)、RDS(存储数据服务器)、T-GW(集群互联网关)、M-GW(移动互联网关)、F-GW(PSTN互联网关)和S-GW(卫星互联网关)。主要功能包括:

1、呼叫控制:负责呼叫建立、维持和断开过程中控制面的控制;

2、移动性管理:负责用户位置信息、用户状态信息等管理以及交换控制平台与各个接入子系统之间用户数据同步;

3、资源分配:负责对MGW和其他系统网关资源的分配,对多模式终端的资源共享分配,不同系统,不同接入模式下的资源协同分配;

4、数据库访问:负责提供CS对RDS高效的数据访问。

主要特点:

一个系统多种接入:中速、高速、超高速接入,实现宽带多媒体集群业务;

IP软交换:控制与业务分离,提高系统响应速度;

灵活组网方式:实现多系统、大区域的通信覆盖能力;

多种网关接口:实现与其他通信系统互连;

多级QoS机制:根据用户以及业务需求保证服务质量。

调度应用平台

包括DC (多媒体调度台)、ReS (录音/录像服务器)、SeS(安全服务器)和ApS (应用服务器)。主要功能包括多媒体调度指挥、录音/录像以及回放、统一安全加密机制和系统扩展应用。

主要特点

统一D接口

全网录音/录像

调度手段多样性

多级安全加密机制

终端

包括手持机、数据卡、CPE(用户驻地设备)、车载台、MEM(微电子器械)模块等。

BWT主要接口如图2所示。


 图2.BWT主要接口示意图

综上可以看出BWT系统架构的特点是:

一个系统多种接入模式(中低速、高速、超高速等);

统一的接口标准(空口、Ta接口、D接口、R接口);

多媒体集群业务(语音、数据、视频等)的系统级融合;

具有开放性、可扩展性。

“一种架构、多种接入模式” 是BWT的主要特点,目前BWT支持的三种无线接入是PDT、McWiLL和WiTRA,它们都是目前集群领域具有自主产权的三个代表性技术。

PDT(Police Digital Trunking)是警用数字集群系统,2010年4月20日,公安部信息通信局公布了中国警用数字集群新标准PDT,由公安部主导、国内通信设备厂商一起参与制定。PDT基于DMR(Digital Mobile Radio,欧洲数字对讲机标准ETSI TS 102 361X)标准,采用12.5kHz TDMA双时隙、4FSK调制、数字语音压缩技术,具有语音清晰、高效频谱效率、通信距离远、抗干扰能力强、省电、模数兼容以及丰富的语音数据业务功能等特点, 遵循高性价比、安全保密、大区制、可扩展和模数平滑过渡的五大原则,有效地解决了多种专业通信网融合通信的问题。PDT能满足公共安全、公共事业、工商业等专业用户群体的无线通信指挥调度需求,是在对国际上成熟的标准技术进行了借鉴及创新设计的基础上,融合了中国特色的专业通信经验,创造的一套先进的具有中国自主知识产权的数字通信标准。

McWiLL(Multi-carrier Wireless Information Local Loop,多载波无线信息本地环路)是北京信威通信技术股份有限公司自主研发的宽带无线技术,是SCDMA(Synchronous Code Division Multiple Access,同步码分多址)技术标准的宽带演进系统。McWiLL采用CS-OFDMA(Code Spreading - Orthogonal Frequency Division Multiple Access 码扩正交频分多址)、增强智能天线、动态信道分配、干扰协调等4G关键技术,是新一代宽带无线移动通信技术体制。2009年McWiLL系统由中国通信标准化组织(CCSA)制定,工信部颁布成为国内宽带无线接入行业标准;2011年,该标准被国际电信联盟(ITU)整体采纳成为国际宽带无线接入技术标准;2012年“支持集群业务的McWiLL宽带无线接入系统”也已经由CCSA制定了国内通信行业标准。McWiLL支持1785-1805MHz、336-344MHz 、400-430MHz、3300-3400MHz等多个工作频段,基站典型配置为5MHz带宽,可实现15Mbps通信速率,采用全IP扁平网络架构,实现了窄带话音业务、宽带数据业务和数字集群业务的高效融合。

WiTRA(Wide Band Trunked Radio) 是中国普天推出的兼容LTE物理层技术的适用于专网的宽带多媒体接入技术,支持1785-1805MHz频段和1447-1467MHz频段,支持语音、集群、数据、视频等业务。2010年底《基于TD-LTE的宽带数字集群通信系统的研究》报告经中国通信标准化协会(CCSA)批准获得通过,目前正在进行其他标准的制订工作。

三、BWT研究组织及发展规划

BWT按照“用户需求引导、统一架构规划、关键技术推动、标准规范落实、典型行业示范”的规划进行研究,在BWT总体组的带领下开展工作,着力打造“技术链”和“产业链”。

BWT总体组包括总体技术工作组、需求与应用工作组、标准与测试评估工作组和政策与产业化工作组,核心单位包括:电子科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学、工信部电信研究院、公安部第一研究所、宽带无线专网应用产业联盟、中国普天、北京信威通信技术股份有限公司和海能达通信股份有限公司等。

目前总体组已经制定了BWT系统的Release 1技术标准和测试规范,开展了技术验证。

BWT Release1标准主要分为三个阶段,

图3.BWT Release 1规划

随着十二五行业信息化建设的展开,典型行业如公共安全、政务管理、大型企业等都对专网宽带多媒体集群提出了急迫的需求。如2013年南京青运会和2014年青奥会安保需求,智慧城市建设中无线政务及城市管理需求,重点行业如石油、电力、民航、水利等生产管理需求等,这些应用需求中普遍存在语音、IP网络接入、数据采集、视频监控、可视化指挥调度等传统数字集群无法满足的业务需求。

总结:

BWT在国内市场上的成功将带动其确立面相国际市场的地位,最终成为国际化的专网技术标准,从而使我国自主创新的新一代宽带无线移动通信技术真正领先世界!

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