基于LTE技術(shù)的訓(xùn)練場區(qū)無線寬帶專網(wǎng)

袁小平

摘 要軍事訓(xùn)練演習(xí)場區(qū)，需要構(gòu)建一個能承載訓(xùn)練演習(xí)信息業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)臒o線寬帶專用網(wǎng)絡(luò)，由于訓(xùn)練演習(xí)活動的特殊性，使其網(wǎng)絡(luò)需求在通信容量、終端數(shù)量和并發(fā)通信等方面與一般公用無線移動通信網(wǎng)絡(luò)有所不同，本文就訓(xùn)練演習(xí)場區(qū)網(wǎng)絡(luò)需求和LTE網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點，對LTE技術(shù)在滿足訓(xùn)練演習(xí)場區(qū)無線寬帶專網(wǎng)需求進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)需求 LTE技術(shù) 需求應(yīng)對

構(gòu)建一個能涵蓋訓(xùn)練演習(xí)時各項業(yè)務(wù)、承載各類數(shù)據(jù)信息交互傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的無線寬帶專網(wǎng)，是軍事訓(xùn)練演習(xí)場區(qū)的一個基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容，LTE移動通信具有技術(shù)先進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)保障能力強等優(yōu)勢，能較好的適應(yīng)訓(xùn)練場區(qū)網(wǎng)絡(luò)需求特點，為訓(xùn)練場區(qū)無線移動寬帶專網(wǎng)構(gòu)建提供解決方案。

1 訓(xùn)練場區(qū)無線專網(wǎng)的需求

訓(xùn)練演習(xí)場區(qū)無線寬帶專網(wǎng)，用于場區(qū)訓(xùn)練演習(xí)時視頻監(jiān)控，語音、移動數(shù)據(jù)、交戰(zhàn)及環(huán)境感知等各類終端的數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)調(diào)指揮與勤務(wù)保障信息交互流轉(zhuǎn)，由于訓(xùn)練演習(xí)活動的特殊性，其網(wǎng)絡(luò)需求除具備一般公用移動通信網(wǎng)絡(luò)的基本屬性外，還具有以下特點：

（1）網(wǎng)絡(luò)需承載視頻監(jiān)控路數(shù)多、上傳數(shù)據(jù)量大。對訓(xùn)練演習(xí)場景的實時掌控，需要建立多路固定與移動視頻監(jiān)控，而視頻傳輸需占用網(wǎng)絡(luò)容量多，網(wǎng)絡(luò)上行呑吐量大、時延要求高。

（2）區(qū)域內(nèi)各類終端多、數(shù)據(jù)推送頻次高。場區(qū)內(nèi)人員、裝備終端和戰(zhàn)場模擬、環(huán)境感知類等訓(xùn)類終端數(shù)量多，需實時采集推送信息，形成大量的數(shù)據(jù)頻繁傳輸，使系統(tǒng)信令開銷增大，易引發(fā)使網(wǎng)絡(luò)控制平面產(chǎn)生擁塞，需要對信令高效控制。

（3）終端用戶上線使用相對集中、并發(fā)通信要求高。演習(xí)訓(xùn)練過程中，各類終端或按時間節(jié)點進(jìn)行信息交互，或需實時推送采集的數(shù)據(jù)，從而引發(fā)終端的集中上線，形成網(wǎng)絡(luò)熱點區(qū)域。而用戶數(shù)最大可調(diào)度數(shù)受限于系統(tǒng)的控制信道和數(shù)據(jù)信道容量，過多的上線終端會引發(fā)核心網(wǎng)擁塞和接入網(wǎng)擁塞問題。

2 LTE無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢

LTE移動通信技術(shù)，采用了OFDM、MIMO、64QAM高階調(diào)制等關(guān)鍵技術(shù)，較目前其它技術(shù)體制無線網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率、用戶容量、運用方式、承載業(yè)務(wù)等方面都有較明顯的優(yōu)勢：

2.1 峰值速率高、時延低

理論上在20MHz帶寬下，可提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率。控制面時延小于100ms，用戶面延遲不超過5ms。通信的高速率和低時延可使網(wǎng)絡(luò)在無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載上表現(xiàn)更加優(yōu)異，有利于視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

2.2 頻譜效率較高，帶寬運用靈活、上下行配比可調(diào)

LTE頻譜效率是3G無線制式的3-4倍，支持成對或非成對頻譜，可使用1.4 MHz、3MHz 、5MHz、10MHz、15MHz 以及20MHz不同大小的系統(tǒng)帶寬，便于系統(tǒng)靈活部署，上下行時隙配比可調(diào)，支持多種時隙配比模式，可更好的滿足多種業(yè)務(wù)需求。

2.3 支持多種業(yè)務(wù)功能

支持語音、專業(yè)集群，短消息、定位、圖像和高清視頻等高速無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，充分滿足各種應(yīng)用場景下的使用需求。

3 訓(xùn)練場區(qū)LTE無線專網(wǎng)應(yīng)對需求分析

應(yīng)用LTE技術(shù)構(gòu)建訓(xùn)練場區(qū)無線移動專網(wǎng)，需要充分分析其需求特點，發(fā)揮好LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢，對容量、數(shù)據(jù)頻發(fā)與并發(fā)通信等難點問題，除采取的合理選配基站、保障用頻帶寬、熱點區(qū)域機動基站輔助等常規(guī)措施外，還需運用好LTE技術(shù)特點，對系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃設(shè)計，以滿足訓(xùn)練場區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)的需求。

3.1 容量需求

LTE理論峰值速率在20MHz的帶寬內(nèi)，下行為100Mbps（2×2MIMO），上行為50Mbps（2×1MIMO），除去系統(tǒng)開銷和編碼冗余，數(shù)據(jù)凈荷峰值速率約為下行80Mbps、上行20Mbps。當(dāng)上下行時隙配比為3：1時，單小區(qū)峰值速率上行為26.24Mb/s，下行為51.68Mb/s，訓(xùn)練場區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)的容量需求中，上下行需求差異大，實時視頻的上行呑吐量是需求主體，需調(diào)上下行配比，增加網(wǎng)絡(luò)上行速率，滿足容量需求。以單扇區(qū)上行容量為20Mb/s為例，如果單路監(jiān)控采用2Mb/s（720P），則單扇區(qū)可承載10路720P高清視頻；而采用1 Mb/s（D1），則單扇區(qū)的可承載13～20路D1格式標(biāo)清視頻。

3.2 大量數(shù)據(jù)終端形成數(shù)據(jù)頻繁傳輸需求

訓(xùn)練演習(xí)中大量的終端須周期性推送各類數(shù)據(jù)，且其數(shù)據(jù)多為小于200字節(jié)的小數(shù)據(jù)，小數(shù)據(jù)頻繁傳輸會對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開銷形成壓力，須針對性采取技術(shù)優(yōu)化手段：

（1）調(diào)度算法定向優(yōu)化設(shè)計，采用增強型半靜態(tài)調(diào)度的算法，充分利用上行匯報業(yè)務(wù)中數(shù)據(jù)包周期性到達(dá)的特點，一次授權(quán)，周期使用，節(jié)省系統(tǒng)用于調(diào)度指示的PDCCH資源，支持更多的終端接入，為其他需要動態(tài)調(diào)度的業(yè)務(wù)保留一定的控制信息以供使用，提高系統(tǒng)的實際可達(dá)用戶容量。

（2）對系統(tǒng)的控制信令進(jìn)行輕量級的定制，從而解決信令網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。

（3）隨機接入擁塞解決方案，對海量終端的傳輸進(jìn)行優(yōu)先級控制，保證時間控制要求較高的終端優(yōu)先傳輸，而對時間控制要求較低的終端可以等到系統(tǒng)負(fù)載較低的時候再傳輸。四是海量終端的異構(gòu)分層組網(wǎng)策略。引入終端間脫網(wǎng)/半脫網(wǎng)直接通信技術(shù)，在訓(xùn)練場區(qū)內(nèi)實現(xiàn)無線自組織網(wǎng)絡(luò)與無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同分層組網(wǎng)覆蓋，減輕海量終端對基站調(diào)度算法和上下行控制信道帶來的壓力，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)容量不足與隨機接入擁塞問題。

3.3 最大同時在線并發(fā)用戶數(shù)需求

該項指標(biāo)主要與系統(tǒng)協(xié)議字段的設(shè)計以及設(shè)備能力相關(guān)，需要基站在程序上保持用戶狀態(tài)，而不需要每幀調(diào)度用戶就可以保證用戶的“始終在線”。通過協(xié)議設(shè)計以及系統(tǒng)設(shè)備能力進(jìn)行相應(yīng)的升級優(yōu)化，設(shè)計高效的多用戶調(diào)度法、多小區(qū)負(fù)載均衡以及相應(yīng)的資源分配策略，保證盡可能多的用戶同時在線。

4 結(jié)論

LTE無線寬帶通信網(wǎng)具有通信速率高、時延低，頻譜效率高上下行靈活配比，支持業(yè)務(wù)種類多，其技術(shù)目前較為成熟，在訓(xùn)練場區(qū)構(gòu)建以LTE技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)，承載演習(xí)訓(xùn)練時的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，能較好地滿足演習(xí)訓(xùn)練活動特殊性對無線寬帶專網(wǎng)的需求。

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作者單位

解放軍73501部隊 廣東省汕尾市 516624endprint