通信学院实训室McLTE系统应用解决方案.docx

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通信学院实训室McLTE系统应用解决方案

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1项目需求

1.1集群系统配置及组网

无线宽带集群系统采用LTE1.4GHz或1.8GHz作为无线传输网络，集群基站将通过有线专网的光纤链路就近接入专网汇聚节点，和应急通信实验室多媒体调度设备（电信科学技术第一研究所IMDS多媒体调度交换机）进行互联互通，整体拓扑图如下所示：

图11无线宽带集群专网架构图

系统配置如下：

（1）统一核心网

核心层配置一套统一核心网，主要完成用户数据的传输、系统接入控制、移动性管理以及集群调度等功能。

（2）基站

无线接入层建设无线集群基站一套，最低支持双通道，包含BBU、RRU、快速部署天线、抱杆及电源箱等相关设备。

（3）终端

采用集群手持机进行集群通信，配置室内型CPE、室外型CPE方便现有终端接入网络。

（4）频率选择

宽带集群通信系统的无线频率可以选择1.4G（1447MHz-1467MHz）或者1.8G（1785MHz-1805MHz），该频段也是目前国内企业专网比较流行的建网频率，要求承建方负责完成与政府登记备案的工作。

1.2无线覆盖建设方案

本系统本期建设规模为一套无线基站，采用便携式组网的箱式结构，使用时直接拉至教学场点来布放，实现视频、语音、数据回传等业务。

1.3核心网建设方案

根据用户容量和业务量，本系统核心网采用小型核心网来满足集群系统的使用，该设备集成了EPC数据传输功能和集群调度功能，该设备也需满足便携式组网的要求,使用时直接拉至教学场点来布放。

1.4终端

支持LTE技术的三防终端，可配置手持机、车载台、CPE等，可以满足不同场景的需求。

同时品牌选择需实现国产化。

CPE需能够将集群系统的LTE信号转为WIFI信号，供实验室原有调度终端接入，并实现与多媒体调度系统通信。

2系统介绍

2.1系统概况

2.1.1技术先进

目前业界集群系统建设的技术包含TETRA和LTE两种，TETRA为窄带数字集群，且为国外标准，实际中仅能传输语音。

LTE1.4GHZ为宽带集群，我国有大量参与，可以传输图像和语音。

青奥会南京应急通信保障等场景已采用LTE1.4GHZ系统，2015年3月9日，工信部发文明确1.4GHZLTE系统的使用。

信威从2009年参加重大专项伊始就布局基于BWT（宽带无线多媒体集群）标准的McLTE的技术研发，拥有一支由业内LTE专家组成的研发团队，并已陆续与中科院、创毅视讯、大唐联芯等单位开展TD-LTE技术、芯片和产品的合作。

标准化方面，信威作为核心成员单位积极参与中国通信标准化协会（CCSA）TD-LTE宽带集群标准的制订、重大专项BWTR1.0标准制订和公共保护与救灾（PPDR）宽带无线通信技术论坛宽窄带融合（LTE与PDT、McWiLL）标准的制订。

北京信威通信技术股份有限公司主要进行管理、研发等经营活动，重庆信威通信技术有限责任公司系北京信威通信技术股份有限公司的子公司，主要进行设备、产品的生产等经营活动，并依据北京信威指令签订供货合同进行信威公司产品\货物的生产供给。

在BWT国家科技重大专项课题研究成果的基础上，中国通信标准化协会（CCSA）于2012年11月启动基于TD-LTE的B-TrunC宽带集群系统系列标准制定，信威作为核心成员参与CCSA《基于TD-LTE技术的专网宽带集群系统总体技术要求标准》的起草制定工作。

1图21B-TrunC理事会员

信威McLTE（MultimediaCommunicationLTE）宽带多媒体集群系统（简称：

McLTE系统）是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，并融入了信威McWiLL技术中长期积累、符合行业应用特点的关键技术，如空分多址、动态信道分配、GoS等，具备专业集群的高可靠性、高实时性和多重用户优先级，可极大地提升数据传输以及多媒体调度能力，是能够同时提供高质量语音，专业级集群、指令调度，宽带数据传输，高清视频监控及调度为一体的新一代宽带多媒体数字集群通信系统。

同时在网络的安全性、可靠性、可扩展性等方面具有强大的技术优势，可广泛应用于公共安全、交通运输、电力、煤矿、石化、政务、军队等行业领域。

2.1.2标准性

McLTE系统设计所采用的技术和设备符合国际标准、国家标准和企业标准，为系统的扩展升级、与其他系统的互联提供良好的基础。

信威McLTE宽带多媒体集群通信系统是业内首个通过工信部B-TrunC标准测试的通信系统，也是目前唯一一个通过包括D接口在内的全面标准测试的通信系统，测试项目多达339项，全面验证了信威McLTE技术能力，有效填补了我国LTE宽带集群标准产业化的空白，标志着信威正式成为我国首家可提供符合宽带集群（B-TrunC）标准通信系统设备的企业。

宽带集群（B-TrunC）标准，即“基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）系统接口技术要求（第一阶段）空中接口”，是由中国通信标准化协会（CCSA）制定、工业和信息化部批复的我国通信行业标准，经CCSA推荐和国际电信联盟（ITU-R）审核，于2014年11月成为与信威McWiLL并列的PPDR（公共保护与救灾）宽带集群空中接口国际标准。

为推动该标准的产业化，中国信息通信研究院联合行业用户单位、制造企业、科研机构、高等院校、社团组织于2014年5月27日在京发起成立了宽带集群（B-TrunC）产业联盟。

图22宽带集群（B-TrunC）产品认证证书

图23宽带集群（B-TrunC）产品认证证书

McLTE系统率先通过宽带集群（B-TrunC）产业联盟的标准测试，充分体现了信威的新一代自主创新成果McLTE系统获得了权威机构和业界的肯定及认可，进一步巩固了信威在技术标准、系统规范、产品成熟度等方面持续领航我国宽带集群通信产业发展的龙头地位。

通过融合McWiLL和TD-LTE两大先进技术，McLTE系统一体化的解决方案具有更强大的网络性能、更多元的业务承载能力、更灵活的组网方式、更完善的模块化功能、更开放的系统架构以及更丰富的终端产品等特点，同时在网络的安全性、可靠性、可扩展性等方面具有更加强大的技术优势，可广泛应用于公网通信以及智慧城市、公共安全、水电交通、应急处突等政企行业专网通信领域。

当前，信威正秉持自主创新、报效国家的神圣使命，以崇高的信仰为牵引，依托McLTE和McWiLL两大系统，针对不同国家、不同行业、不同客户的信息通信需求，提供完善的解决方案和优质的产品及服务，持续拓展全球公网及专网市场，运用自主、领先的信息通信技术更好地服务于国家经济和社会建设，同时积极走出去服务于世界各国信息通信事业发展，为实现中华民族伟大复兴的中国梦、造福世界各国人民作出信威人的贡献。

2.1.3可管理

McLTE整个系统的设备易于管理，易于维护，操作简单，易学，易用，便于进行系统配置，可以在操作平台、控制终端等得到很好的监视和控制，并可以进行远程管理和故障诊断。

McLTE宽带无线多媒体集群系统的网管功能包含了完整的配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等网管功能。

根据管理的对象不同，可以分为数据业务管理和话音业务管理两个部分。

数据业务管理实现对无线基站、核心网、终端、数据业务开户信息的网管功能管理；话音业务管理实现对核心网、话音业务开户信息等话音业务的管理。

2.1.4超前性

McLTE无线宽带集群系统在实际当中比起现行窄带TETRA系统有较好的超前，传输的业务也有较高的质量保证。

McLTE技术既采用了OFDMA、增强型智能天线、小区间干扰抑制技术、链路自适应技术等一系列TD-LTE的关键技术，同时McLTE还采用信威自主研发的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。

McLTE系统具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持专业集群业务等先进优势，与传统的TD-LTE技术相比较，McLTE技术吸收了McWiLL行业应用经验和系统设计理念，具备以下突出优势：

Ø性能卓越的无线移动通信网络，提供高速数据传输能力

McLTE宽带无线集群解决方案不但继承了所有TD-LTE的技术优势和业务优势，而且结合信威行业用户运营经验，对空口性能做了大量优化。

在20MHz带宽配置时单小区峰值速率下行可以达到100Mbps；上行可以达到50Mbps。

宽带无线集群解决方案支持上下行业务带宽的灵活配比，满足客户特定应用场景。

根据大部分行业用户使用特点，可以把大部分时隙资源分配给上行业务,显著提升了上行传输速率。

宽带无线集群解决方案支持移动终端高速运动场景，采用基站，终端特有算法解决了高速移动场景下多普勒频移的影响，能在350KM/H高速移动时仍然可以保障数据下载和上传。

Ø灵活的组网方式，最大限度节约用户投资

支持多种无线频率1.8GHz/1.4GHz/800MHz/400MHz/340MHz组网，支持多种频宽3M/5M/10M/15M/20MHz组网，满足拥有不同频段资源的用户需求。

根据行业用户建网规模的差异化需求，提供多种建网模式：

大型电信级网络，中小型网络，单站/车载系统。

Ø专业语音集群，提供无延迟移动通话体验

采用了大量创新技术可以提供专业语音集群的所有功能，语音集群业务指标达到了业界领先水平：

群组建立时延小于300ms，话权申请/话权抢占小于150ms，基站单载波并发群组数150个，单站并发会话数大于300。

Ø视频调度，提升沟通效率

McLTE宽带无线集群解决方案基于无线移动网络提供了视频调度功能：

调度台可以指定手持终端或固定摄像头回传视频；手持终端自己也可以主动向调度台发起视频回传；视频画面可以在调度台显示，也可转发至大屏显示；调度台还可以选择回传视频向网内任意指定终端分发。

视频调度功能使联合工作团队在执行任务时实现远程面对面交流成为可能，让调度指挥员及相关人员实时了解现场情况，减少了沟通成本，提高了团队工作效率。

Ø多业务并发，完美实现多媒体调度

宽带无线集群解决方案提供语音，视频，短信，数据接入，定位等多种业务的并发功能，为多媒体调度奠定了网络基础。

多媒体调度是指调度指挥员可以通过网络同时进行语音集群，视频调度和图文指令传递，提供的多业务并发功能很好的实现了多媒体调度功能，带来了更多应用的融合，不仅改变了传统的工作模式，更重要的是可以为行业用户的生产系统带来沟通、运营模式的变革，显著提升生产效率。

Ø分级分业务QoS，满足不同业务传输质量要求

系统提供端到端的丰富QoS保障机制，为用户保证系统服务质量。

QOS机制可以根据用户业务所需要的最大速率、最小速率、传输时延、丢包率等一系列QoS指标，定义相应的QoS等级，通过先进的准入控制、无线资源管理、传输资源管理等算法，在保证系统整体性能和吞吐量的同时，保障不同业务不同用户的信号传输质量。

Ø高可靠性网络，可以经受各种应用环境考验

网络设备均支持备份功能，核心业务单板支持热备份功能。

网络局部单元一旦出现异常，由备用单元继续完成相关业务。

核心网网络设备是整个网络的核心，可靠性要求更高，其特有的负荷分担技术可以保证核心网单板某个进程异常时，自动唤醒备用进程进行负荷分担，进行中的业务不会被中断。

即使核心网单板出现异常，热备单板也可以快速切换到正常工作状态。

Ø高安全性设计，提升系统保密性

提供双向无线鉴权，鉴权功能可以防止XX的用户使用网络，提高系统安全性。

用户也可以使用鉴权功能防止接入到未知网络，避免可能的安全隐患。

除了支持TD-LTE协议规定的鉴权和加密机制外，还支持应用层端到端加密，在终端内嵌客户自有加解密单元，方便进行特定行业加密算法应用开发，以保证安全可靠的保密通信业务。

Ø开放系统，方便行业用户二次开发

McLTE宽带无线集群系统是一个开放的系统，支持行业用户从终端到业务软件的深度二次开发。

在终端层面，对合作伙伴开放终端模块接口，并提供软件开发工具包，帮助行业合作伙伴开发功能强大的行业专用终端。

在网络层面，开放对上层应用的接口，使行业客户及合作伙伴可以快速平移现有应用，或低成本开发全新应用软件。

2.2系统网络结构

图24McLTE网络架构图

McLTE宽带集群系统分为终端设备接入层、网络层、应用层。

网络层中核心网支持McLTE基站的接入，也支持标准TD-LTE基站的接入，并且通过网关设备可与其它异构系统互联互通。

McLTE光纤拉远基站支持McLTE集群终端的接入，也支持标准TD-LTE终端接入，McLTE终端种类丰富，有手持、数传CPE、车载、单兵等等，以满足不同行业应用需求。

McLTE的网管系统采用BS架构，与核心网设备合设。

McLTESmart快速部署系统集核心网、基站与一体，轻巧便携，可提供语音及视频集群对讲、数据采集、人员定位、视频会议等多种业务，可安装在某个固定地点或部署在中小型车上，能满足抢险救灾、应急通信等特殊场景下的快速部署需求。

McLTESmart快速部署系统包含TCN1000、BBU、RRU等主要设备，核心网TCN1000与BBU通过网线相连，BBU与RRU通过光纤连接。

可实现语音、集群调度、数据以及视频等功能。

McLTE系统在20MHz系统带宽配置下，系统数据吞吐能力达到最大下行100Mbps，最大上行50Mbps；频谱利用率达到下行5bit/s/Hz，上行2.5bit/s/Hz；系统具有良好的移动性能，满足终端120km/h高速移动下高性能服务需求，在120~350km/h（在特殊情况下能支持500km/h）下能保持蜂窝网络的业务性能。

2.2.1应用层

应用层主要由行业应用系统、指挥调度中心和视频操作中心等构成。

行业应用系统包含行业信息化应用平台、数据采集控制平台等多种业务需求平台，借助行业应用系统可以为用户提供多种服务，如：

通过McLTE终端可以访问现有的办公网络和各个生产自动化系统平台；通过数据采集控制平台，为用户提供数据采集与远程控制服务等。

通过视频操作中心，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，并能够根据客户需求，提供视频会议、视频语音联动等多种应用服务。

通过指挥调度中心，为用户提供语音、多媒体集群调度服务。

2.2.2网络层

McLTE系统汇聚利用IP数据传输网络作为骨干传输链路，利用光纤、线缆、交换机和路由器等物理线路，构建基于IP网络的扁平化网络构架，实现基站与核心网TCN的有线通信，网络主要由基站eNodeB、核心网TCN和网络操作管理中心等构成。

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。

用户连接的建立包括移动性管理、呼叫管理、交换/路由等功能。

用户管理包括用户的描述、Qos、用户通信记录（Accounting）、安全性管理等功能。

承载连接（Accessto）包括McLTE系统连接到外部的PSTN、外部电路数据网和分组数据网、Internet和Intranets等。

TCN可以通过VLAN标签完成业务流和网管流的分离，以便于业务的隔离和管理，保证系统的安全性。

基站包括：

eBBU（BaseBandUnit，基带处理单元）、eRRU（RemoteRadioUnit，射频拉远单元）和智能天线组成。

基站提供FE/GE以太网接口，连接IP网络交换机，提供基站的接入。

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（eNodeB）、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。

在网络层中，分布在多个不同物理地点的McLTE基站与核心网通过有线IP网络进行连接，TCN与eNB呈现星型网络拓扑结构，网络结构简单，维护方便。

2.2.3接入层

接入层主要由应用终端组成，包括：

手持终端、车载终端、数据传输终端和背负式终端等。

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。

McLTE系统提供多种方式的终端接入，如：

CPE桌面式终端，提供RJ45以太网接口和WiFi无线路由转接，实现电脑和WIFI终端数据、语音接入；手持终端可直接接入McLTE网络，进行集群对讲和和移动多媒体业务。

另外，McLTE系统提供MEM模块，模块提供以太网接口和RS-232接口，将不同传感设备采集的实时数据通过McLTE无线网络传输至核心监测平台处理。

2.3业务流描述

McLTE网络作为接入层网络，汇聚所有无线终端的数据业务。

McLTE基站接入现有网络以及业务流的示意图如图所示。

图25McLTE业务流程示意图

2.3.1数据业务流

图中绿色虚线：

数据业务流承载终端的IP数据业务，包括数据采集、视频监控、移动办公等业务需求，终端通过基站与核心网建立的数据通道接入核心承载网络中，分别连接内部办公网络、视频监控系统、外部数据网和各个生产自动化系统平台，为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。

2.3.2语音业务流

图中红色虚线：

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。

2.3.3集群业务流

图中黑色虚线：

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。

并通过集群网关设备，实现与其他已有集群系统的对接。

3McLTESmart快速部署系统

McLTESmart快速部署系统集核心网、基站与一体，轻巧便携，可提供语音及视频集群对讲、数据采集、人员定位、视频会议等多种业务，可安装在某个固定地点或部署在中小型车上，能满足抢险救灾、应急通信等特殊场景下的快速部署需求。

McLTESmart快速部署系统包含TCN1000、BBU、RRU等主要设备，核心网TCN1000与BBU通过网线相连，BBU与RRU通过光纤连接。

可实现语音、集群调度、数据以及视频等功能。

McLTESmart快速部署系统基于现有McLTE技术，将TCN1000、BBU、交换机、电源模块等设备集成到一个4U（长*宽*深：

630mm*530mm*260mm）的箱体中，同时将RRU设备单独安装在一个4U（长*宽*深：

630mm*530mm*260mm）箱体中，两个箱体设备配备油机以及天馈系统组成一套完整的快速部署系统，配备2.5米挂高的天线，覆盖半径可达1~3公里，实现信号覆盖区域的语音、视频、数据业务。

设备结构支持固定架设、车载、单人背负、双人携行等快速部署场景。

无线宽带集群系统采用LTE1.8GHz作为无线传输网络，集群基站将通过有线专网的光纤链路就近接入专网汇聚节点，和应急通信实验室多媒体调度设备（电信科学技术第一研究所IMDS多媒体调度交换机）进行互联互通，整体拓扑图如下所示：

图31无线宽带集群专网架构图

核心层配置一套统一核心网，主要完成用户数据的传输、系统接入控制、移动性管理以及集群调度等功能。

本系统核心网采用小型核心网来满足集群系统的使用，该设备集成了EPC数据传输功能和集群调度功能，该设备满足便携式组网的要求,使用时直接拉至教学场点来布放。

无线接入层建设无线集群基站一套，包含BBU、RRU、快速部署天线、抱杆及电源箱等相关设备。

采用便携式组网的箱式结构，使用时直接拉至教学场点来布放，实现视频、语音、数据回传等业务。

采用集群手持机进行集群通信，配置室内型CPE、室外型CPE方便现有终端接入网络。

CPE需能够将集群系统的LTE信号转为WIFI信号，供实验室原有调度终端接入，并实现与多媒体调度系统通信。

3.1系统组成

McLTESmart快速部署系统的一种，基于McLTE技术，工作频段400MHz/600M/1.4G/1.8G频段，由综合业务接入设备、便携式射频单元（4通道）、电源箱（或油机）以及天馈系统组成，具备集群语音、视频呼叫、视频联动和可视化调度、视频监控、GIS定位、短信、即时通信、高速数据传输、Qos、漫游管理等功能。

具体设备组成如下：

图32快速部署系统组成

McLTESmart快速部署系统由综合业务设备CSD1000（含核心网TCN1000、BBU、交换模块以及电源模块）、便携式射频单元PRU1004-18（RRU）、后备电源以及天馈系统组成，后备电源可采用电源箱或者油机。

其中便携式射频单元为4通道射频基站，天线采用2T4R。

3.1.1综合业务接入设备

综合业务接入设备主要包括核心网TCN1000、BBU、交换模块以及电源模块等。

设备效果图如下：

图33综合业务设备

综合业务设备提供8个以太网口，可直接接入业务设备，同时3个Ir光口可接入3台便携式射频单元，实现一机多用，节省投资成本。

综合业务设备提供DC-48V输出电压，为便携式射频单元供电。

综合业务设备参数指标如下：

表格31综合业务设备参数指标

项目

参数

型号

CSD1000

重量

32Kg

尺寸

长*宽*深：

630*530*260（机箱）

工作温度

0℃～55℃

存储温度

-40℃～75℃

湿度

95％±3％，，非凝结

供电方式

支持AC220V（外接油机或市电）

对外接口

1.以太网口：

8个；

2.Ir光口：

3个；

3.VGA口：

1个

4.供电接口：

1路AC220V输入和1路DC-48V输出

最大功耗

525W

设备可用度

99.999%

设备平均故障间隔时间（MTBF）

≥155,000小时

设备平均故障修复时间（MTTR）

≤1小时

可靠性

年故障率低于2%，其中断服务时间小于3分钟/年（MTTR假设为1小时）。

防护等级

满足IP54的防护等级。

GPS

支持GPS同步，且同步精度满足：

（1）基站间空口相位误差小于±1.5us；

（2）在任何1个子帧（1ms）的时间内，基站输出信号的载频频率误差在±0.05ppm范围内。

时钟保持

同步源丢失后，BBU主时钟自主授时8小时内，BBU帧同步信号温漂小于±1.5us

3.1.2便携式射频单元

便携式射频单元主要包括4通道射频RRU基站，天线采用2T4R。

设备效果图如下：

图34便携式射频单元

便携式射频单元主要实现对基带信号和射频信号的调制解调、数据处理、功率放大、驻波检测等功能。

Ø接收BBU发送的下行基带数据，并向BBU发送上行基带数据，实现与BBU的通信；

Ø通过天馈接收射频信号，将接收信号下变频至中频信号，并进行放大和模数转换（A/D转换）处理。

发射通道完成下行信号滤波、数模转换（D/A转换）、射频信号上变频至发射频段；

Ø提供射频通道接收信号和发射信号复用功能，可使接收信号与发射信号共用一个天线通道，并对接收信号和发射信号提供滤波功能。

便携式射频单元（4通道）参数指标如下：

表格32便携式射频单元参数指标

项目

参数

备注

型号

PRU1004-18

重量

28Kg

尺寸

630*530*260（机箱）

发射功率

2*30W

工作温度

0℃～55