赵书伦，杨春香，周少玮2

（1.北京航天控制仪器研究所，北京100039；2.鼎桥通信技术有限公司，北京100102）

无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统

赵书伦1，杨春香1，周少玮2

（1.北京航天控制仪器研究所，北京100039；2.鼎桥通信技术有限公司，北京100102）

针对大型突发事件现场视音频的指挥调度，介绍了无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统。具体介绍了本系统的技术原理，系统可实现的业务种类，本系统与其他系统的技术对比及本系统的应用场景。最后，介绍了无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统的应用前景。

无线宽带；移动通信；数字集群；指挥调度

0　引言

随着城市化进程的加快，大型城市人口数量激增，使得城市内突发事件处理、恐怖犯罪事件的防治、大型活动的保障等难度大大提高。突发应急事件现场视频、语音的指挥调度对事件的处理起到了决定性的作用。专业用户对专业通信系统的需求在日益增加，对通信系统提出了专业性、安全性、高带宽、低时延、业务丰富的需求。传统的有线通信和模拟窄带无线通信由于其仅支持语音通信等特点已经无法满足需求。构建一张共用的无线宽带专用通信网络，实现专网专用、可靠大数据传输、宽带多媒体指挥调度、实时掌握事件现场的真实情况，成为现阶段城市综合管理和应急通信的必要需求。

另一方面，随着信息化技术的发展，全球专业通信市场和产业也呈现从窄带语音向宽带多媒体发展的趋势，国际和国内标准化组织也积极开展专网宽带集群的标准化工作，推动产业的进一步规模发展。

基于以上背景，可以看到无线宽带集群技术必然是未来专网通信领域的主导方向。而我国自主知识产权的TD-LTE技术作为目前最先进的通信技术，是承载无线宽带集群应用的最好技术载体。基于TD-LTE技术，参考各个行业在专网通信领域中的应用需求，构建基于TD-LTE的宽带多媒体数字集群指挥调度系统，必将在大型突发事件现场的应急指挥调度中发挥着重要的作用。

1　系统介绍

新一代无线宽带移动通信系统以OFDM和MIMO技术为基础，并在移动通信空中接口技术中全面采用和优化分组数据传输［1］。OFDM是一种基于正交多载波的频分复用技术，OFDM传输的基本概念:高速串行数据流经串/并转换后，分割成大量的低速数据流，每路数据采用独立载波调制并加发送，接收端依据正交载波特性分离多路信号。多天线技术是指无线通信的发射端或接收端采用多副天线，同时结合先进的信号处理技术实现的一种综合技术。而宽带多媒体数字集群通信系统是基于成熟的TD-LTE先进技术平台，具有专业集群通信性能、高吞吐量、高可靠性和实时性数据传输性能，可以用于行业用户语音调度指挥、数据实时交互、协同作业等多种业务。由于采用了专业的集群设计，因此与TD-LTE的公网语音系统相比，在时延、可靠性、终端定制等方面具有绝对优势，可真正满足专业语音集群的性能要求。

2　技术原理

宽带多媒体数字集群指挥调度系统是以4G技术TD-LTE为基础，基于IP网络部署，实现视音频信息的统一接入，集中管理和指挥调度。无线终端传送的语音封装成AMR报文；无线终端采集的视频流，压缩成H.264等格式的数据流，再封装成IP报文，通过LTE的无线空口发送到无线基站，再聚到核心网，数据流从核心网通过IP报文传输的方式送到调度机，调度机根据终端号码的不同，再转回到核心网，根据目标地址发给不同的终端。宽带多媒体数字集群指挥调度系统架构如图1所示。

图1　宽带多媒体数字集群指挥调度系统架构图Fig.1 System architecture diagram of wireless boadband multi-media and digital trunking

终端包括手持终端、CPE、车载终端、Mini PC等，配合多媒体调度服务器，提供端到端集成的全高清视频、语音、GIS、短信、数据传输等业务。

网络层包括无线基站、核心网、调度机、调度台、网管设备、异系统网关、视频代理网关等设备。

无线基站是LTE系统的无线接入设备，主要由两个部分组成，基带控制单元eBBU和射频模块单元eRRU。无线基站主要完成无线接入功能，包括管理空中接口、接入控制、移动性控制、用户资源分配等无线资源管理功能。通过灵活配置不同数量的基带处理单板和射频模块，一个eBBU可以与多个eRRU相连接，满足不同场景、不同容量的应用需求。

核心网提供的主要功能包括集群用户管理、集群业务、数据业务、公共业务。集群用户管理包括群组签约、群组用户签约等；其中群组业务包括群组建立、群组关闭、话权抢占、广播群组等；数据业务包括普通PS业务，如HTTP打开网页、FTP下载，以及视频业务如视频上传、视频监控；公共业务包括开机注册、关机注销、移动性管理、遥开遥毙等业务。

调度机图形化综合调度系统，能够实时显示出各个终端的当前状态，调度员能够方便地进行各种调度操作，实现语音、指令和视频多种方式的通信和调度。

网管设备用于管理相关的网络层设备，其从物理结构包括服务器、操作维护终端、告警终端、运营终端、告警箱、管理控制台以及一些组网设备。

另外，系统可以通过网关，与固定电话、Tetra集群系统、PDT集群系统等外部网络实现互连互通。

网络设备层与应用层之间通过TCP/IP协议通信，应用层当前提供视频服务器、日志管理、定位等应用。应用层可以与已有服务器进行数据交互，也可以方便地进行其他应用服务业务的开发。

3　系统业务

3.1视频业务

（1）实时视频监控

宽带多媒体数字集群指挥调度系统可以方便使用各终端设备，通过无线基站将现场视频信息，实时传输到核心网设备上，调度人员通过调度台，将指定终端的视频信息转发到监控中心大屏上，从而实现视频的实时监控。系统支持CIF、QCIF、 D1、720P、1080P的视频传输，在回传视频信息时，可以选择音频信息同步回传。系统支持多路视频的同时实时上传，在20M频宽组网情况下，一个小区内可支持十几路视频同时上传。

（2）实时视频调度

系统提供实时视频调度分发功能，能够将实时监控视频分发到指定终端，或将特定监控视频分发到指定终端或者终端组。通过视频调度，即使不在指挥调度中心，通过手持台接收分发视频信息，领导也可以实时地了解现场信息。

（3）视频、语音等多业务并发

系统在进行视频监控、视频分发的同时，可以进行点对点的语音呼叫、语音集群、实时数据查询等多并发业务。

（4）点对点视频通话

在视频客户端之间可进行实时的点对点视频通话业务。

（5）视频语音存储

系统配置录音录像服务器，可将终端回传的视频信息和语音信息进行实时存储。或将现场执勤人员采集的视频和语音信息实时传回到指挥中心。

3.2宽带数据接入

宽带多媒体数字集群指挥调度系统作为新一代宽带无线移动通信系统，具备同时传输大容量的下行和上行数据的能力。每站单小区的下行峰值速率可达到90Mbit/s，上行峰值速率可达到27Mbit/s。宽带多媒体数字集群指挥调度系统同时具备支持高速运动场景，具有在350km/h以上时速进行数据下载和上传的能力；在高速移动场景下，基站通过测量终端的运动速度，对多普勒频移进行纠正，并且通过采用自适应的资源分配和MIMO（多入多出）分配算法，来保证终端的高性能业务需求。通过强大的宽带数据接入功能，现场勤务人员可以通过无线网络实现远端数据快速查询、现场采集信息便捷上报、工作电子流现场处理等业务，极大地提高政府工作人员的办公效率。

3.3专业的语音集群调度

集群语音呼叫是点到多点的群组语音业务，在语音通信过程中采用半双工模式。多个签约用户加入到一个群组之后，若用户需要讲话，需要先进行话权申请，话权申请成功之后该用户作为主讲，其他用户只是监听下行语音。每个群组同时只允许一个主讲，若其他监听用户也需要讲话，则通过抢权可成为主讲用户。

本系统利用先进的4G无线技术，提高信道传输质量，提高语音通话质量。通过优化4G信令流程，提高了集群通信的语音性能，该系统已经和TETRA的性能达到了相当水平。提供的主要集群调度功能有组呼、紧急呼叫、迟后进入、优先呼叫、强插强拆。

3.4基于北斗和GPS的位置定位功能

本系统支持北斗或GPS作为基站同步时钟源，并在所有终端配置北斗或GPS定位系统模块，在指挥调度电子地图上显示终端的地理位置、移动速度、移动方向等信息。

3.5定制化数据业务应用

本系统设备具备开放的接口，为扩展定制化数据业务应用提供灵活、全面的接入方案。遍布城区的污水处理、大气水文及其他环境监测等数字传感模块可通过CPE有线/无线接入网络，或通过内嵌无线数据模块，灵活便捷地开发一体化无线监控传感模块。无线传感模块可对城市生命线各关键监测点进行监测数据的汇聚和采集，并通过系统实时、并发、大数据量传输至中心机房服务器。

3.6异系统互联互通

通过网关，宽带多媒体数字集群指挥调度系统可与PSTN、PLMN和其他集群系统等进行语音业务的互联互通。

4　技术对比

无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统是基于我国主导的4G标准之一TD-LTE技术进行研制研发的。

4.1与FDD LTE技术比较

LTE TDD在帧结构、物理层技术、无线资源配置等方面具有自己独特的技术特点，与 LTE FDD相比，主要区别在于双工方式。TDD LTE使用时间来区分发送和接收信道，FDD LTE使用两个对称频率来区分发送和接收信道。

TD LTE双工方式的工作特点使其具有如下特有优势:

（1）频谱灵活

频段资源是无线通信中最宝贵的资源，随着移动通信的发展，多媒体业务对于频谱的需求日益增加，能够高效利用频谱资源是无线技术发展的重中之重。FDD双工方式占用了大量的频段资源，同时，一些零散频谱资源由于FDD不能使用而闲置，造成了频谱浪费。而TD LTE通过时隙来区分上下行信道，不需要成对的频率资源。可以方便地配置TD LTE系统在不常使用的零散频段上进行工作，具有更高的频谱灵活性，能够有效地提高频谱利用率。

（2）支持非对称业务

随着移动通信系统的发展，在传统语音业务的基础上，数据和多媒体业务的需求越来越多，而且数据和多媒体业务通常具有上下行不对称的特点。TD LTE系统在支持不对称业务的方面具有较大的灵活性。对于文件传输、视频点播等业务，下行数据量明显大于上行数据量；对于视频监控、图片上传等业务，上行数据量明显大于下行数据量。

根据TD LTE帧结构的特点，系统可以根据业务类型灵活配置TD LTE帧的上下行配比。在LTE FDD系统中，非对称业务的实现对上行信道资源存在一定的浪费，必须采用高速分组接入（HSPA）、EV-DO和广播/组播等技术。相对于LTE FDD系统，LTE TDD系统能够更好地支持不同类型的业务，不会造成资源的浪费。对于城市应急联动、减灾救灾等方面，有较多的视频监控、视频上传、图片上传等业务需求，通常需要更高的上行带宽。TD LTE灵活的子帧配比特点，使其更适合无线政务领域的集群应用而不会造成频谱浪费。

4.2与TD LTE公网技术比较

鼎桥宽带多媒体数字集群指挥调度系统是基于TD LTE公网技术的一种创新型通信系统。在TD LTE公网技术的基础上做了大量的优化和创新，融合了专业集群功能，具有专业集群通信性能、高吞吐量、高可靠性和实时性数据传输性能。宽带多媒体数字集群系统在保证上行能力、信令优化、时延、Qos保障、终端定制等方面与公网比较具有明显的优势。

（1）优先上行业务配比

根据TD LTE的帧结构特点，系统可以根据业务类型灵活配置TD LTE帧的上下行配比。对于无线政务领域，宽带集群专网可设置为3:1，大大增强上行传输能力，而公网都是由下行设定的。

（2）语音与多媒体并发

宽带多媒体集群指挥调度系统在语音、短数据等基本业务的基础上，增加了现场视频、高速数据传输等功能。本系统群组的下行传送使用单小区组播技术实现下行数据共享资源，同时QoS业务定义可包含信令、群组主讲语音、GPS定位数据、视频上传等不同业务，而不同业务对应独立的逻辑信道，业务优先级可以按照行业需求定制，实现业务并发。而公网不具备这类业务并发的优化功能。

（3）针对行业用户及网络的功能优化

针对行业用户，本系统具备可调度性、可靠性、安全性等特点。比如用户、群组和业务优先级的管理完善，公网在这方面相对较弱。在可靠性方面，本系统有独特的功能，比如终端的脱网直通DMO功能、基站的故障单站模式等，保障了终端、基站在特殊情况下仍能一定程度保证网络运行。此外，本系统可保证通信的有效加密，而公网在针对性加密功能方面也相对较弱。

（4）支持专业化的行业终端

公网终端针对普通消费者，更注重私人化使用功能。而宽带集群系统可以提供智能手持、CPE、车载台等终端。专网终端在可靠性方面大大提升，支持IP67的防护等级，且终端可以针对行业客户特殊需求进行定制或二次开发，最大化满足行业客户需求。

4.3与现有集群技术比较

（1）与Tetra技术的比较

目前相对主流的集群技术Tetra是典型的窄带系统，信道容量小，数据能力太弱是其致命的弱点，无法支持视频调度及并发等多媒体业务。而客户目前对于宽带数据的需求越来越强烈，包括政务、公安等专业客户。宽带集群可支持丰富的视频业务功能，例如视频监控、视频点呼、视频分发、视频与语音的并发等。

而对于Tetra+LTE技术的解决方案，虽然对有宽带数据需求的客户有一定的吸引力，但是新增市场需要同时部署两张网络，运营和建设成本都比较高，而且客户需携带两部终端来同时满足语音和数据业务的需求，使用不方便，成本也比较高。

（2）与GOTA技术的比较

GOTA是非主流窄带集群制式，容量小，基于CDMA技术，虽数据带宽能力相对Tetra有所提升。但数据能力远逊于LTE，无法支持视频业务需求，同时集群性能来说还达不到专业集群的要求，如组呼时延指标等，更不能提供宽带数据和视频等业务。而TD-LTE宽带多媒体系统在宽带集群业务性能、宽带集群容量、数据带宽等方面远优于GOTA技术。

5　系统应用

无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统可由地面基站联网建设或单基站装车使用。地面网络设计与建设遵循分级调度、属地管理的原则，可在省政府设置省级调度系统，负责全省用户的指挥调度；在省中心设置省级核心网和省级网管系统，负责跨地市业务的汇接和全网网元的管理；在各地市设置地市级核心网，负责交换本地辖区内的用户和业务，在各地市政府设置调度台和网管，负责本地市用户的指挥调度。宽带集群通信车装备车载核心网系统、基站系统和卫星传输等设备，平时可作为地面网络的补充，当地面网络发生故障时，可替代核心网或部分基站接入用户。采用卫星方式传输时，在卫星地面站落地，可与指挥中心联网，实现应急保障，如图2所示。

6　结论

目前国内外对于提供专业集群语音和宽带的解决方案，一般做法是建设两张网络，一张集群语音网和一张数据网。宽带多媒体数字集群指挥调度系统填补国内外空白，一张网络提供专业集群语音和视频多媒体宽带业务，有利于扩大我国技术、标准在国际上的影响力。

宽带多媒体数字集群指挥调度系统在公安、消防、政务等领域都有着丰富的应用场景。其高带宽、低时延、易部署的特点，实现了移动应急通信系统宽带化，并适合作为物联网网络的载体，建设一个统一的网络平台，有利于物联网技术的发展和物联网应用的推广。

宽带多媒体数字集群指挥调度系统是对传统数字集群系统的一种创新，能够促进数字集群系统从 “听到见”向 “看得清”发展，能够丰富数字集群系统的应用场景，促进数字集群系统从窄带系统向宽带系统演进。

图2　无线宽带多媒体数字集群指挥调度系统Fig.2 Application scenarios of wireless boadband multi-media and digital trunking

［1］ 3GPP TR 25.913：requirements for evolved UTRA（EUTRA）and evolved UTRAN（E-UTRAN）（V8.0）［EB/OL］. http：//www.tech-invite.com/3m25/tinv-3gpp-25-913.html.

［2］ 郑祖辉.数字集群移动通信系统［M］.北京：电子工业出版社，2005. ZHENG Zu-hui.Mobile communication system of digital trunking［M］.Beijing：Electronic Industry Press，2005.

［3］ 吴伟陵，牛凯.移动通信原理［M］.北京：电子工业出版社，2006. WU Wei-ling，NIU Kai.Principle of mobile communication ［M］.Beijing：Electronic Industry Press，2006.

［4］ 李世鹤，杨运年.TD-SCDMA第三代移动通信系统［M］.北京：人民邮电出版社，2009. LI Shi-he，YANG Yun-nian.TD-SCDMA—3rdgeneration mobile communication system［M］.Beijing：Posts and Telecommunications Press，2009.

［5］ Erik Dahlman，Stefan Parkvall，et al.3G evolution：HSPA and LTE for mobile broadband（2nd）［M］.Oxford，Academic Press，2008.

［6］ IST-2003-507581，WINNER D2.7 Ver 1.0：assessment of advanced beamforming and MIMO technologies［EB/OL］.http：//www.docin.com/p-937731460.html.

Scheduling Command System of Wireless Broadband Multi-media and Digital Trunking

ZHAO Shu-lun1，YANG Chun-xiang1，ZHOU Shao-wei2
（1.Beijing Institute of Aerospace Control Devices，Beijing 100039；2.TD Tech Ltd，Beijing 100102）

Aiming at the scheduling command system of video and audio on the spot of the large incident，the scheduling command system of wireless broadband multi-media and digital trunking（SWBMDT）is illuminated in the text.Specifically introduce this system technical principle，the business types of this system bring about，the technique comparison between this system and the other system and the application scene of this system.At last，it is referred that the application prospect of SWBMDT.

wireless broadband；mobile communication；digital trunking；scheduling command system

TN92

A

1674-5558（2016）01-01243

10.3969/j.issn.1674-5558.2016.03.006

2016-02-29

赵书伦，男，副总工程师，研究方向为应急通信。