適用于特種行業(yè)的無線移動寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張淼++張建國++閆軍++王叔洋

摘 要：特種行業(yè)相對公眾移動通信技術(shù)落后。將先進(jìn)的移動通信技術(shù)引入特種行業(yè)應(yīng)用面臨許多問題，包括核心網(wǎng)系統(tǒng)龐大、造價昂貴、管理和配置復(fù)雜、功能單一無法滿足特種行業(yè)的指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)及視頻傳輸?shù)男枨蟮?。該文采用了先進(jìn)的SIP/IMS構(gòu)架解決指揮調(diào)度問題，采用成熟工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)和X86平臺解決核心網(wǎng)體積重量及造價問題，同時加入數(shù)據(jù)傳輸能力。為特種行業(yè)提供一種技術(shù)先進(jìn)的移動寬帶通信平臺。

關(guān)鍵詞：特種行業(yè) 移動通信技術(shù) SIP/IMS核心網(wǎng)

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0236-02

目前特種行業(yè)無線通信大都采用落后的對講機(jī)、數(shù)字集群等通信技術(shù)，遠(yuǎn)落后公眾移動通信系統(tǒng)。該文采用的新一代行業(yè)移動寬帶通信平臺解決方案基于普通手機(jī)作為終端，攻克平臺高度集成化的難題，構(gòu)建電信級通信質(zhì)量的便攜式無線移動寬帶通信平臺和指揮調(diào)度系統(tǒng)，從而提高行業(yè)內(nèi)部通信及指揮調(diào)度能力，提高各生產(chǎn)、服務(wù)行業(yè)工作效率。

特種行業(yè)無線移動寬帶通信平臺的需求如下：

大量語音用戶接入能力，可以兼容手機(jī)設(shè)備以節(jié)約大量終端購買費(fèi)用開支。

具備一對多的語音通話能力，以實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度功能。

具備移動通信能力，適應(yīng)在中高速運(yùn)動下的語音通信。

具備一定的雙向數(shù)據(jù)傳送能力，以滿足當(dāng)前大量電子材料的傳送。

具備超便攜特性，隨時部署或搬移以適應(yīng)遷移式作業(yè)需要。

1 設(shè)計(jì)原理

平臺核心為基于SIP協(xié)議的緊湊型核心網(wǎng)系統(tǒng)。行業(yè)移動寬帶通信平臺可提供電信級的語音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和調(diào)度指揮功能。系統(tǒng)嚴(yán)格遵循3GPP2的體系結(jié)構(gòu)及ITU-T、IETF各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，采用統(tǒng)一的IP移動軟交換體系和開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目開發(fā)了專用的SIP CDMA軟交換系統(tǒng)和純軟件版本的分組域核心網(wǎng)（分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)PDSN和AAA服務(wù)器），用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CDMA核心網(wǎng)系統(tǒng)。傳輸速率實(shí)現(xiàn)下行速率3.1 Mbps，上行速率1.8 Mbps，設(shè)備體積小，用戶容量大，覆蓋范圍廣，組網(wǎng)快速方便，可以通過衛(wèi)星/Internet與公網(wǎng)連接。

行業(yè)用戶通信中，指揮對講功能必不可少。傳統(tǒng)的調(diào)度指揮系統(tǒng)是針對專用調(diào)度終端。在實(shí)際應(yīng)用中，專用調(diào)度終端成本高，數(shù)量少，緊急情況下難以獲得。指揮調(diào)度平臺有軟硬件共同構(gòu)成，其分為指揮調(diào)度機(jī)與基于SIP協(xié)議的核心網(wǎng)內(nèi)指揮調(diào)度軟件系統(tǒng)兩部分。核心指揮調(diào)度功能部署在核心網(wǎng)設(shè)備上，用戶的分組、優(yōu)先級配置、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、錄音等功能均有核心網(wǎng)側(cè)部署的軟件實(shí)現(xiàn)，手機(jī)端無需增加硬件模塊或是軟件，為整體指揮調(diào)度節(jié)省了成本。

完整的移動通信系統(tǒng)包括接入網(wǎng)系統(tǒng)與核心網(wǎng)系統(tǒng)。其中接入網(wǎng)系統(tǒng)包括基站和基站控制器，核心網(wǎng)系統(tǒng)主要包括移動交換機(jī)、短消息中心、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)等。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)超小型移動通信系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)接入網(wǎng)部分利用外方合作企業(yè)提供微蜂窩基站，自主開發(fā)射頻前端模塊，包括天線端雙工濾波器器，低噪聲放大器，高功率放大器，近端雙工濾波器。核心網(wǎng)部分開發(fā)實(shí)現(xiàn)高集成度的核心網(wǎng)功能模塊，指揮調(diào)度功能模塊，實(shí)現(xiàn)小型的移動通信系統(tǒng)設(shè)備。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在整體構(gòu)架中，如圖1所示。主要網(wǎng)絡(luò)實(shí)體包括Femtocell（微蜂窩基站）、IP PBX（Private Branch Exchange，交換機(jī)）和CN Platform（核心網(wǎng)平臺）組成。其中CN Platform又包含F(xiàn)NG（Femtocell Network Gateway蜂窩網(wǎng)關(guān)）、FSM（Femtocell Service Manager蜂窩服務(wù)管理）和SIP/IMS Core Network（SIP/IMS核心網(wǎng)）等功能模塊。

Femtocell同時支持1xRTT（CDMA2000 IS-2000標(biāo)準(zhǔn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上支持語音數(shù)據(jù)服務(wù)）和EVDO（CDMA2000HRPD標(biāo)準(zhǔn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上支持高速數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)）。Femtocell通過IP回程網(wǎng)與CN Platform（核心網(wǎng)平臺）連接。用戶語音由1xRTT承載并傳送給Femtocell，然后被轉(zhuǎn)換由SIP/RTP（會話發(fā)起協(xié)議/實(shí)時傳輸協(xié)議）承載傳送給核心網(wǎng)。用戶數(shù)據(jù)則是在建立一個IP主代理之后在普通的IP承載上傳送。

PBX完成企業(yè)內(nèi)部之間以及與公共電信網(wǎng)絡(luò)的電話交換。該部分采用商用設(shè)備即可，本設(shè)計(jì)中采用思科通用小型化設(shè)備。且該設(shè)備支持通過SIP/RTP與核心網(wǎng)平臺進(jìn)行交互。

FNG是一個安全接入網(wǎng)關(guān)來許可Femtocell接入核心網(wǎng)，F(xiàn)SM是一組管理Femtocell的服務(wù)程序其管理協(xié)議基于TR-069（Technical Report-069）協(xié)議。其組件完成兩項(xiàng)功能，一個是基礎(chǔ)設(shè)備管理功能，另外一個是多Femtocell下的自動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)管理。

SIP/IMS Core Network運(yùn)行在linux操作系統(tǒng)上，硬件采用通用的X86處理器，使得核心網(wǎng)的成本大大降低。其提供了基本的移動性管理和呼叫處理功能，與Femtocell的接口為Abis協(xié)議，通過SIP協(xié)議與IP PBX通信，實(shí)施媒體傳輸協(xié)議為RTP。PDSN（分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)）功能也是純軟件方式完成，并未采用任何專用通信處理器。本系統(tǒng)PDSN全面支持簡單IP模式和移動IP模式。由于采用的純軟件方式完成核心網(wǎng)功能，核心網(wǎng)功能包括：系統(tǒng)控制和管理模塊、A11信令處理模塊、IP協(xié)議處理及IP包轉(zhuǎn)發(fā)模塊、PPP協(xié)議處理模塊、隧道協(xié)議處理模塊、AAA（認(rèn)證、授權(quán)及計(jì)費(fèi)體系）處理模塊等。

3 系統(tǒng)測試

基于SIP協(xié)議的緊湊型核心網(wǎng)及核心網(wǎng)硬件集成，選用成熟可靠的工業(yè)控制嵌入式計(jì)算機(jī)架構(gòu)，作為核心網(wǎng)主要功能實(shí)現(xiàn)平臺，將移動運(yùn)營商重量為幾噸，造價上千萬的設(shè)備集成到可單兵背負(fù)，且成本僅為其幾十分之一。單兵背負(fù)的核心網(wǎng)實(shí)物如圖2所示。

基于普通手機(jī)的指揮調(diào)度功能包括強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、分組等多種功能，免資費(fèi)的語音通信及內(nèi)部寬帶服務(wù)，為行業(yè)定制移動運(yùn)營不具備的指揮調(diào)度功能，亦填補(bǔ)了移動運(yùn)營商、移動通信設(shè)備制造商無法顧及的特種行業(yè)用戶。

研發(fā)純軟件版本的PDSN技術(shù)，CDMA EVDO達(dá)到分組數(shù)據(jù)速率：CDMA2000 1x：153.6Kbps，CDMA2000 Ev-Do Rev.A：3.1 Mbps/1.8 Mbps。

測試結(jié)果表明核心網(wǎng)采用成熟工業(yè)控制嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)后，體積、重量、成本都大大的降低，更加適于特種行業(yè)的應(yīng)用、部署和遷移。增加了企業(yè)用戶才有的指揮調(diào)度功能，且完全免費(fèi)通信并具備數(shù)據(jù)傳輸能力?；贓VDO的無線移動寬帶通信可以滿足對視頻等大數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊?，并可以隨空口技術(shù)進(jìn)步演進(jìn)至LTE，滿足高清視頻等更大數(shù)據(jù)帶寬的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 王安義，劉麗君，張謙，等.TD-SCDMA技術(shù)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用分析[J].工礦自動化，2011（10）：4-7.

[2] 韓富有.煤礦井下無線移動通信[J].中國無線通信，1999，5（8）：14，16-17.

[3] Dragos Vingarzan，Peter Weik， Thomas Magedanz.Design and Implementation of an Open IMS Core.Mobility Aware Technologies and Applications[J]. Lecture Notes in Computer Science，2005，3744：284-293.endprint

摘 要：特種行業(yè)相對公眾移動通信技術(shù)落后。將先進(jìn)的移動通信技術(shù)引入特種行業(yè)應(yīng)用面臨許多問題，包括核心網(wǎng)系統(tǒng)龐大、造價昂貴、管理和配置復(fù)雜、功能單一無法滿足特種行業(yè)的指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)及視頻傳輸?shù)男枨蟮取Ｔ撐牟捎昧讼冗M(jìn)的SIP/IMS構(gòu)架解決指揮調(diào)度問題，采用成熟工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)和X86平臺解決核心網(wǎng)體積重量及造價問題，同時加入數(shù)據(jù)傳輸能力。為特種行業(yè)提供一種技術(shù)先進(jìn)的移動寬帶通信平臺。

關(guān)鍵詞：特種行業(yè) 移動通信技術(shù) SIP/IMS核心網(wǎng)

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0236-02

目前特種行業(yè)無線通信大都采用落后的對講機(jī)、數(shù)字集群等通信技術(shù)，遠(yuǎn)落后公眾移動通信系統(tǒng)。該文采用的新一代行業(yè)移動寬帶通信平臺解決方案基于普通手機(jī)作為終端，攻克平臺高度集成化的難題，構(gòu)建電信級通信質(zhì)量的便攜式無線移動寬帶通信平臺和指揮調(diào)度系統(tǒng)，從而提高行業(yè)內(nèi)部通信及指揮調(diào)度能力，提高各生產(chǎn)、服務(wù)行業(yè)工作效率。

特種行業(yè)無線移動寬帶通信平臺的需求如下：

大量語音用戶接入能力，可以兼容手機(jī)設(shè)備以節(jié)約大量終端購買費(fèi)用開支。

具備一對多的語音通話能力，以實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度功能。

具備移動通信能力，適應(yīng)在中高速運(yùn)動下的語音通信。

具備一定的雙向數(shù)據(jù)傳送能力，以滿足當(dāng)前大量電子材料的傳送。

具備超便攜特性，隨時部署或搬移以適應(yīng)遷移式作業(yè)需要。

1 設(shè)計(jì)原理

平臺核心為基于SIP協(xié)議的緊湊型核心網(wǎng)系統(tǒng)。行業(yè)移動寬帶通信平臺可提供電信級的語音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和調(diào)度指揮功能。系統(tǒng)嚴(yán)格遵循3GPP2的體系結(jié)構(gòu)及ITU-T、IETF各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，采用統(tǒng)一的IP移動軟交換體系和開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目開發(fā)了專用的SIP CDMA軟交換系統(tǒng)和純軟件版本的分組域核心網(wǎng)（分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)PDSN和AAA服務(wù)器），用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CDMA核心網(wǎng)系統(tǒng)。傳輸速率實(shí)現(xiàn)下行速率3.1 Mbps，上行速率1.8 Mbps，設(shè)備體積小，用戶容量大，覆蓋范圍廣，組網(wǎng)快速方便，可以通過衛(wèi)星/Internet與公網(wǎng)連接。

行業(yè)用戶通信中，指揮對講功能必不可少。傳統(tǒng)的調(diào)度指揮系統(tǒng)是針對專用調(diào)度終端。在實(shí)際應(yīng)用中，專用調(diào)度終端成本高，數(shù)量少，緊急情況下難以獲得。指揮調(diào)度平臺有軟硬件共同構(gòu)成，其分為指揮調(diào)度機(jī)與基于SIP協(xié)議的核心網(wǎng)內(nèi)指揮調(diào)度軟件系統(tǒng)兩部分。核心指揮調(diào)度功能部署在核心網(wǎng)設(shè)備上，用戶的分組、優(yōu)先級配置、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、錄音等功能均有核心網(wǎng)側(cè)部署的軟件實(shí)現(xiàn)，手機(jī)端無需增加硬件模塊或是軟件，為整體指揮調(diào)度節(jié)省了成本。

完整的移動通信系統(tǒng)包括接入網(wǎng)系統(tǒng)與核心網(wǎng)系統(tǒng)。其中接入網(wǎng)系統(tǒng)包括基站和基站控制器，核心網(wǎng)系統(tǒng)主要包括移動交換機(jī)、短消息中心、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)等。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)超小型移動通信系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)接入網(wǎng)部分利用外方合作企業(yè)提供微蜂窩基站，自主開發(fā)射頻前端模塊，包括天線端雙工濾波器器，低噪聲放大器，高功率放大器，近端雙工濾波器。核心網(wǎng)部分開發(fā)實(shí)現(xiàn)高集成度的核心網(wǎng)功能模塊，指揮調(diào)度功能模塊，實(shí)現(xiàn)小型的移動通信系統(tǒng)設(shè)備。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在整體構(gòu)架中，如圖1所示。主要網(wǎng)絡(luò)實(shí)體包括Femtocell（微蜂窩基站）、IP PBX（Private Branch Exchange，交換機(jī)）和CN Platform（核心網(wǎng)平臺）組成。其中CN Platform又包含F(xiàn)NG（Femtocell Network Gateway蜂窩網(wǎng)關(guān)）、FSM（Femtocell Service Manager蜂窩服務(wù)管理）和SIP/IMS Core Network（SIP/IMS核心網(wǎng)）等功能模塊。

Femtocell同時支持1xRTT（CDMA2000 IS-2000標(biāo)準(zhǔn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上支持語音數(shù)據(jù)服務(wù)）和EVDO（CDMA2000HRPD標(biāo)準(zhǔn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上支持高速數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)）。Femtocell通過IP回程網(wǎng)與CN Platform（核心網(wǎng)平臺）連接。用戶語音由1xRTT承載并傳送給Femtocell，然后被轉(zhuǎn)換由SIP/RTP（會話發(fā)起協(xié)議/實(shí)時傳輸協(xié)議）承載傳送給核心網(wǎng)。用戶數(shù)據(jù)則是在建立一個IP主代理之后在普通的IP承載上傳送。

PBX完成企業(yè)內(nèi)部之間以及與公共電信網(wǎng)絡(luò)的電話交換。該部分采用商用設(shè)備即可，本設(shè)計(jì)中采用思科通用小型化設(shè)備。且該設(shè)備支持通過SIP/RTP與核心網(wǎng)平臺進(jìn)行交互。

FNG是一個安全接入網(wǎng)關(guān)來許可Femtocell接入核心網(wǎng)，F(xiàn)SM是一組管理Femtocell的服務(wù)程序其管理協(xié)議基于TR-069（Technical Report-069）協(xié)議。其組件完成兩項(xiàng)功能，一個是基礎(chǔ)設(shè)備管理功能，另外一個是多Femtocell下的自動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)管理。

SIP/IMS Core Network運(yùn)行在linux操作系統(tǒng)上，硬件采用通用的X86處理器，使得核心網(wǎng)的成本大大降低。其提供了基本的移動性管理和呼叫處理功能，與Femtocell的接口為Abis協(xié)議，通過SIP協(xié)議與IP PBX通信，實(shí)施媒體傳輸協(xié)議為RTP。PDSN（分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)）功能也是純軟件方式完成，并未采用任何專用通信處理器。本系統(tǒng)PDSN全面支持簡單IP模式和移動IP模式。由于采用的純軟件方式完成核心網(wǎng)功能，核心網(wǎng)功能包括：系統(tǒng)控制和管理模塊、A11信令處理模塊、IP協(xié)議處理及IP包轉(zhuǎn)發(fā)模塊、PPP協(xié)議處理模塊、隧道協(xié)議處理模塊、AAA（認(rèn)證、授權(quán)及計(jì)費(fèi)體系）處理模塊等。

3 系統(tǒng)測試

基于SIP協(xié)議的緊湊型核心網(wǎng)及核心網(wǎng)硬件集成，選用成熟可靠的工業(yè)控制嵌入式計(jì)算機(jī)架構(gòu)，作為核心網(wǎng)主要功能實(shí)現(xiàn)平臺，將移動運(yùn)營商重量為幾噸，造價上千萬的設(shè)備集成到可單兵背負(fù)，且成本僅為其幾十分之一。單兵背負(fù)的核心網(wǎng)實(shí)物如圖2所示。

基于普通手機(jī)的指揮調(diào)度功能包括強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、分組等多種功能，免資費(fèi)的語音通信及內(nèi)部寬帶服務(wù)，為行業(yè)定制移動運(yùn)營不具備的指揮調(diào)度功能，亦填補(bǔ)了移動運(yùn)營商、移動通信設(shè)備制造商無法顧及的特種行業(yè)用戶。

研發(fā)純軟件版本的PDSN技術(shù)，CDMA EVDO達(dá)到分組數(shù)據(jù)速率：CDMA2000 1x：153.6Kbps，CDMA2000 Ev-Do Rev.A：3.1 Mbps/1.8 Mbps。

測試結(jié)果表明核心網(wǎng)采用成熟工業(yè)控制嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)后，體積、重量、成本都大大的降低，更加適于特種行業(yè)的應(yīng)用、部署和遷移。增加了企業(yè)用戶才有的指揮調(diào)度功能，且完全免費(fèi)通信并具備數(shù)據(jù)傳輸能力?；贓VDO的無線移動寬帶通信可以滿足對視頻等大數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊?，并可以隨空口技術(shù)進(jìn)步演進(jìn)至LTE，滿足高清視頻等更大數(shù)據(jù)帶寬的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 王安義，劉麗君，張謙，等.TD-SCDMA技術(shù)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用分析[J].工礦自動化，2011（10）：4-7.

[2] 韓富有.煤礦井下無線移動通信[J].中國無線通信，1999，5（8）：14，16-17.

[3] Dragos Vingarzan，Peter Weik， Thomas Magedanz.Design and Implementation of an Open IMS Core.Mobility Aware Technologies and Applications[J]. Lecture Notes in Computer Science，2005，3744：284-293.endprint

摘 要：特種行業(yè)相對公眾移動通信技術(shù)落后。將先進(jìn)的移動通信技術(shù)引入特種行業(yè)應(yīng)用面臨許多問題，包括核心網(wǎng)系統(tǒng)龐大、造價昂貴、管理和配置復(fù)雜、功能單一無法滿足特種行業(yè)的指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)及視頻傳輸?shù)男枨蟮?。該文采用了先進(jìn)的SIP/IMS構(gòu)架解決指揮調(diào)度問題，采用成熟工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)和X86平臺解決核心網(wǎng)體積重量及造價問題，同時加入數(shù)據(jù)傳輸能力。為特種行業(yè)提供一種技術(shù)先進(jìn)的移動寬帶通信平臺。

關(guān)鍵詞：特種行業(yè) 移動通信技術(shù) SIP/IMS核心網(wǎng)

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0236-02

目前特種行業(yè)無線通信大都采用落后的對講機(jī)、數(shù)字集群等通信技術(shù)，遠(yuǎn)落后公眾移動通信系統(tǒng)。該文采用的新一代行業(yè)移動寬帶通信平臺解決方案基于普通手機(jī)作為終端，攻克平臺高度集成化的難題，構(gòu)建電信級通信質(zhì)量的便攜式無線移動寬帶通信平臺和指揮調(diào)度系統(tǒng)，從而提高行業(yè)內(nèi)部通信及指揮調(diào)度能力，提高各生產(chǎn)、服務(wù)行業(yè)工作效率。

特種行業(yè)無線移動寬帶通信平臺的需求如下：

大量語音用戶接入能力，可以兼容手機(jī)設(shè)備以節(jié)約大量終端購買費(fèi)用開支。

具備一對多的語音通話能力，以實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度功能。

具備移動通信能力，適應(yīng)在中高速運(yùn)動下的語音通信。

具備一定的雙向數(shù)據(jù)傳送能力，以滿足當(dāng)前大量電子材料的傳送。

具備超便攜特性，隨時部署或搬移以適應(yīng)遷移式作業(yè)需要。

1 設(shè)計(jì)原理

平臺核心為基于SIP協(xié)議的緊湊型核心網(wǎng)系統(tǒng)。行業(yè)移動寬帶通信平臺可提供電信級的語音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和調(diào)度指揮功能。系統(tǒng)嚴(yán)格遵循3GPP2的體系結(jié)構(gòu)及ITU-T、IETF各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，采用統(tǒng)一的IP移動軟交換體系和開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目開發(fā)了專用的SIP CDMA軟交換系統(tǒng)和純軟件版本的分組域核心網(wǎng)（分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)PDSN和AAA服務(wù)器），用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CDMA核心網(wǎng)系統(tǒng)。傳輸速率實(shí)現(xiàn)下行速率3.1 Mbps，上行速率1.8 Mbps，設(shè)備體積小，用戶容量大，覆蓋范圍廣，組網(wǎng)快速方便，可以通過衛(wèi)星/Internet與公網(wǎng)連接。

行業(yè)用戶通信中，指揮對講功能必不可少。傳統(tǒng)的調(diào)度指揮系統(tǒng)是針對專用調(diào)度終端。在實(shí)際應(yīng)用中，專用調(diào)度終端成本高，數(shù)量少，緊急情況下難以獲得。指揮調(diào)度平臺有軟硬件共同構(gòu)成，其分為指揮調(diào)度機(jī)與基于SIP協(xié)議的核心網(wǎng)內(nèi)指揮調(diào)度軟件系統(tǒng)兩部分。核心指揮調(diào)度功能部署在核心網(wǎng)設(shè)備上，用戶的分組、優(yōu)先級配置、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、錄音等功能均有核心網(wǎng)側(cè)部署的軟件實(shí)現(xiàn)，手機(jī)端無需增加硬件模塊或是軟件，為整體指揮調(diào)度節(jié)省了成本。

完整的移動通信系統(tǒng)包括接入網(wǎng)系統(tǒng)與核心網(wǎng)系統(tǒng)。其中接入網(wǎng)系統(tǒng)包括基站和基站控制器，核心網(wǎng)系統(tǒng)主要包括移動交換機(jī)、短消息中心、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)等。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)超小型移動通信系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)接入網(wǎng)部分利用外方合作企業(yè)提供微蜂窩基站，自主開發(fā)射頻前端模塊，包括天線端雙工濾波器器，低噪聲放大器，高功率放大器，近端雙工濾波器。核心網(wǎng)部分開發(fā)實(shí)現(xiàn)高集成度的核心網(wǎng)功能模塊，指揮調(diào)度功能模塊，實(shí)現(xiàn)小型的移動通信系統(tǒng)設(shè)備。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在整體構(gòu)架中，如圖1所示。主要網(wǎng)絡(luò)實(shí)體包括Femtocell（微蜂窩基站）、IP PBX（Private Branch Exchange，交換機(jī)）和CN Platform（核心網(wǎng)平臺）組成。其中CN Platform又包含F(xiàn)NG（Femtocell Network Gateway蜂窩網(wǎng)關(guān)）、FSM（Femtocell Service Manager蜂窩服務(wù)管理）和SIP/IMS Core Network（SIP/IMS核心網(wǎng)）等功能模塊。

Femtocell同時支持1xRTT（CDMA2000 IS-2000標(biāo)準(zhǔn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上支持語音數(shù)據(jù)服務(wù)）和EVDO（CDMA2000HRPD標(biāo)準(zhǔn)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上支持高速數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)）。Femtocell通過IP回程網(wǎng)與CN Platform（核心網(wǎng)平臺）連接。用戶語音由1xRTT承載并傳送給Femtocell，然后被轉(zhuǎn)換由SIP/RTP（會話發(fā)起協(xié)議/實(shí)時傳輸協(xié)議）承載傳送給核心網(wǎng)。用戶數(shù)據(jù)則是在建立一個IP主代理之后在普通的IP承載上傳送。

PBX完成企業(yè)內(nèi)部之間以及與公共電信網(wǎng)絡(luò)的電話交換。該部分采用商用設(shè)備即可，本設(shè)計(jì)中采用思科通用小型化設(shè)備。且該設(shè)備支持通過SIP/RTP與核心網(wǎng)平臺進(jìn)行交互。

FNG是一個安全接入網(wǎng)關(guān)來許可Femtocell接入核心網(wǎng)，F(xiàn)SM是一組管理Femtocell的服務(wù)程序其管理協(xié)議基于TR-069（Technical Report-069）協(xié)議。其組件完成兩項(xiàng)功能，一個是基礎(chǔ)設(shè)備管理功能，另外一個是多Femtocell下的自動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)管理。

SIP/IMS Core Network運(yùn)行在linux操作系統(tǒng)上，硬件采用通用的X86處理器，使得核心網(wǎng)的成本大大降低。其提供了基本的移動性管理和呼叫處理功能，與Femtocell的接口為Abis協(xié)議，通過SIP協(xié)議與IP PBX通信，實(shí)施媒體傳輸協(xié)議為RTP。PDSN（分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)）功能也是純軟件方式完成，并未采用任何專用通信處理器。本系統(tǒng)PDSN全面支持簡單IP模式和移動IP模式。由于采用的純軟件方式完成核心網(wǎng)功能，核心網(wǎng)功能包括：系統(tǒng)控制和管理模塊、A11信令處理模塊、IP協(xié)議處理及IP包轉(zhuǎn)發(fā)模塊、PPP協(xié)議處理模塊、隧道協(xié)議處理模塊、AAA（認(rèn)證、授權(quán)及計(jì)費(fèi)體系）處理模塊等。

3 系統(tǒng)測試

基于SIP協(xié)議的緊湊型核心網(wǎng)及核心網(wǎng)硬件集成，選用成熟可靠的工業(yè)控制嵌入式計(jì)算機(jī)架構(gòu)，作為核心網(wǎng)主要功能實(shí)現(xiàn)平臺，將移動運(yùn)營商重量為幾噸，造價上千萬的設(shè)備集成到可單兵背負(fù)，且成本僅為其幾十分之一。單兵背負(fù)的核心網(wǎng)實(shí)物如圖2所示。

基于普通手機(jī)的指揮調(diào)度功能包括強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、分組等多種功能，免資費(fèi)的語音通信及內(nèi)部寬帶服務(wù)，為行業(yè)定制移動運(yùn)營不具備的指揮調(diào)度功能，亦填補(bǔ)了移動運(yùn)營商、移動通信設(shè)備制造商無法顧及的特種行業(yè)用戶。

研發(fā)純軟件版本的PDSN技術(shù)，CDMA EVDO達(dá)到分組數(shù)據(jù)速率：CDMA2000 1x：153.6Kbps，CDMA2000 Ev-Do Rev.A：3.1 Mbps/1.8 Mbps。

測試結(jié)果表明核心網(wǎng)采用成熟工業(yè)控制嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)后，體積、重量、成本都大大的降低，更加適于特種行業(yè)的應(yīng)用、部署和遷移。增加了企業(yè)用戶才有的指揮調(diào)度功能，且完全免費(fèi)通信并具備數(shù)據(jù)傳輸能力?；贓VDO的無線移動寬帶通信可以滿足對視頻等大數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊螅⒖梢噪S空口技術(shù)進(jìn)步演進(jìn)至LTE，滿足高清視頻等更大數(shù)據(jù)帶寬的應(yīng)用需求。

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