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LTE宽带集群的系统架构及业务分析
作者：张东瑞 孙小婷
来源：《数字技术与应用》2013年第07期
摘要：本文回顾了集群通信系统的发展历程，分析了集群通信系统现状和发展趋势，介绍了一种LTE宽带数字集群通信的系统架构，描述了LTE集群系统所能支持的多媒体业务全景图。
关键词：LTE 宽带数字集群 多媒体业务
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0022-02 1 引言
集群通信系统[1]，是指由多个用户共用一组无线信道并动态地使用这些信道的移动通信系统。数字集群通信在全球大规模的开展[2]始于20世纪90年代中期，至今数字集群通信系统已广泛的应用到社会生活得各个领域，如铁路轨道交通、机场调度和大型体育通信保障等。 当前国内外实现商业的窄带数字集群系统，无论在数据传输能力方面还是多媒体业务的支持能力方面，都有很大的不足。随着公网中接入技术的飞速发展，LTE已经能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率，借助公众网络中LTE技术，集群通信将迎来宽带化。宽带数字集群通信系统基于宽带移动通信技术，以多媒体集群业务形式，提供指挥调度功能的专用移动通信系统。它可以实现具备语音调度、数据调度、视频调度等多种业务协同的融合调度能力。
2 集群通信系统的发展历程
随着移动互联网的飞速发展，人们对移动通信质量的要求也逐渐提高，宽带化已经成为了移动通信的主要发展趋势[3]。图1给出了集群通信系统的发展历程。集群通信系统在技术上也将向系统宽带化、业务多样化、网络IP化、标准归一化的方向发展，以满足越来越丰富的各种应用需求。
当前数字集群技术应用已经日趋成熟，其中在我国已广泛商用的数字通信系统主要有欧洲电信标准协会的路上集群无线电系统TETRA、美国Motorola的综合数字增强网络iDEN、我国基于CDMA技术开发的GoTa和基于GSM技术的GT800系统[4]。虽然这几种集群通信系统在我国市场得到较为广泛的应用，但是由于它们采用的是第二、第三代移动通信技术，无法做到全面满足集群系统用户诸如高清视频传输业务的需求，数字集群通信系统正朝着第四代迈进。LTE是各主流无线通信技术标准演进的一致方向。 3 LTE集群概述
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3.1 LTE集群系统架构
LTE集群通信系统是由终端、宽带无线接入子系统、网络子系统、信息调度子系统和操作维护子系统组成[5]。图2为LTE集群通信系统网络结构拓扑图。
终端包括用户终端和调度台两种，用户终端包括手持式终端、车载台和固定台等；调度台则包括有线调度台和无线调度台两种。用户终端和无线调度台是通过空中接口的方式与宽带无线接入子系统相连接，有线调度台则是通过有线连接的方式与网络子系统相连接的。 宽带无线接入子系统是由增强型基站（E-eNodeB）组成。eNodeB在LTE系统基站（eNodeB）基础上增加了无线集群调度功能模块以支持集群业务。
网络子系统由增强型移动管理实体（eMME）、增强型归属签约用户服务器（eHSS）、服务网关（S-GW）、分组数据网络网关（P-GW）以及调度网关（D-GW）等组成，用于完成集群用户的呼叫控制、集群调度及集群用户的数据管理等功能。
信息调度子系统主要实现信息资源共享交换、应用集成、业务流程控制、网络管理安全认证等功能，主要为行业应用提供可视化操作，实现动态管理功能。
操作维护子系统进行集群用户的开户、销户及用户业务权限的更改等操作。操作维护子系统从业务划分上有五个功能部件：安全管理、配置管理、故障管理、性能管理和其它管理。（见图2）
3.2 LTE集群系统的优势
LTE宽带集群系统与现有的宽带集群相比有如下几大优势：
（1）高带宽：下行100Mbps，上行50Mbps的传输速率，包括数据、语音都可以通过这个通道进行传输，非常有利于军用信息化。（2）高频谱利用率：采用OFDM调制方式和MIMO技术，具有较高的频谱利用率。（3）呼叫时延短：呼叫时延等语音技术指标与窄带集群相当，控制面的时延达到100ms内，用户面时延达到5ms内。通过进一步优化系统架构，使时延进一步减小，完全可以满足呼叫时延要求；（4）高覆盖：在1.8GHz的频段，基站覆盖范围可达4公里，实现视频传输；（5）高安全：LTE系统提供加密管理器和解密网关的软硬接口，并在协议栈中预留加密密钥传输的通道，可以终端双向鉴权、空口加密和端到端加密功能。
4 LTE集群业务类型分析
LTE集群通信系统中的业务主要包括：语音业务，大数据业务，视频业务等。语音业务是专网指挥调度功能中最重要的手段和最依赖的沟通方式。语音业务方面的要求是拥有快速的指挥调度能力，实现单呼、组呼、紧急呼叫、优先级呼叫、调度台核查呼叫等业务功能。数据业
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务具有高实时性和易操作性。实现数据调度功能，需要承载两类数据业务，即承载尽力而为的数据业务和实时控制类的数据业务。视频图像直接客观地反映了各类事件的真实信息，也是调度指挥人员对现场情况正确判断和指定行动方案不可缺少的重要依据。宽带数字集群通信系统主要承载交互型视频业务，包括现场图像上传、视频通话、视频回传、视频监控等。宽带集群系统的视频业务主要有业务类型丰富、高实时大数据量、多场景应用和高安全防护等特点。 针对以上业务特征，设计出了LTE集群通信系统中整个业务全景图，如图3所示，其中各个部分的功能如下：
BCC（业务控制中心）：对专网各项业务进行集中控制，包括用户/群组管理、会话管理、Qos管理。主要完成语言、视频、录音录像的信令控制面流程处理。
BDC（业务数据中心）：由BCC控制，完成语音、视频业务媒体数据的处理（转码、混音）和分发，短数据业务的控制和维护，用户面的相关操作等。 其中BCC和BDC组成的服务器称为UBP（统一业务平台）。
调度台：完成专网各项业务应用的对外呈现与用户控制，提供对外接口供开发行业调度台。主要提供调度台以及调度与业务集成的界面，完成调度台各项调度功能、视频监控功能，完成调度台的状态显示和告警显示功能。
录音录像设备：存储网络中的语音、视频通话记录与媒体数据的事件回放、审计。完成录音、录像的数据存储，提供录音、录像查询和回放功能。
互联互通网关：完成与PSTN、Tetra网络、3G网络、IMS系统的互联互通。
终端业务应用：完成语音、视频、短信、GIS等各类业务的接入，包括专网移动终端、固定摄像头。 5 结语
随着集群用户种类的多元化发展，不同的用户对不同类型的业务突显出不同的需求。当前集群系统正经历由窄带数字集群系统向宽带集群系统的演进，在此背景下，本文首先对集群系统的发展历程进行了分析，指出了集群通信系统与LTE融合将是发展趋势，随后对LTE网络下宽带集群通信系统进行相关的概述，最后分析了LTE集群业务类型。随着LTE的逐步成熟和商用，集群通信系统也将借助LTE网络强大的数据传输能力实现向宽带化、IP化的演进，从而为用户提供更为快捷、可靠、丰富的集群通信业务。 参考文献
[1]郑祖辉，陆锦华.数字集群移动通信系统[M].北京：电子工业出版社，2008.
LTE宽带集群的系统架构及业务分析
