基于TD-LTE 1.8GHz 寬帶集群系統(tǒng)的研究

李雅瀾

（中國民用航空西南地區(qū)空中交通管理局通信網(wǎng)絡(luò)中心，四川 成都 610000）

0 引言

集群是一種用途范圍廣、效能高的半雙工通信方式，隨著國內(nèi)民航業(yè)的快速發(fā)展，空管對調(diào)度、多指令并行、信息及時處理等服務(wù)的需求與標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提升，因此需要將更加先進(jìn)的無線通信技術(shù)引入民航通信領(lǐng)域。

1.8GHz 無線寬帶集群系統(tǒng)采用TD-LTE（Time Division Duplex-Long Term Evolution，分時長期演進(jìn)）無線通信技術(shù)，具備速率快、網(wǎng)絡(luò)時延低、可靠性高、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于數(shù)據(jù)、多媒體通信、語音等業(yè)務(wù)。

1 TD-LTE 1.8GHz 寬帶集群系統(tǒng)概況

圖1 1.8GHz寬帶集群系統(tǒng)拓?fù)?/p>

無線專網(wǎng)寬帶集群系統(tǒng)通過采用頻段區(qū)間為1785-1905MHz 的1.8GHz 專用頻段進(jìn)行通信，其架構(gòu)主要由核心網(wǎng)eCNS、操作維護(hù)中心eOMC、行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)eAPP、基站eNodeB、智能調(diào)度臺eDC 組成[1]。用戶手持終端eUE 產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)專網(wǎng)基站實(shí)時上傳至核心網(wǎng)，由核心網(wǎng)與服務(wù)器協(xié)同處理轉(zhuǎn)發(fā)，完成集群語音、視頻監(jiān)控與調(diào)度、數(shù)據(jù)作業(yè)等功能[2]，同時可通過網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元監(jiān)控與管理。該系統(tǒng)于網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性、可擴(kuò)展性等方面具備極強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，目前正逐步應(yīng)用于民航運(yùn)輸領(lǐng)域。

1.1 核心網(wǎng)eCNS

eCNS 作為無線集群系統(tǒng)的核心網(wǎng)設(shè)備，其部署采用集中方式，可實(shí)現(xiàn)與基站、網(wǎng)管、服務(wù)器之間的互聯(lián)互通，提供鑒權(quán)管理、數(shù)字集群、會話及移動性管控一系列相關(guān)業(yè)務(wù)。通過自定義端口Tx、Rx、Gi 和eAPP系統(tǒng)外接，完成集群系統(tǒng)的調(diào)度功能；經(jīng)公開接口S1和基站相連，完成網(wǎng)元間的數(shù)據(jù)及信令交互；通過自定義操作維護(hù)接口與網(wǎng)管eOMC 通信，實(shí)現(xiàn)對核心網(wǎng)的操作維護(hù)。

eCNS 軟件采用分布式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)配置、故障、性能、設(shè)備、安全等管理，完成對子系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。

1.2 專網(wǎng)操作維護(hù)中心eOMC

eOMC 用于操作維護(hù)系統(tǒng)中的網(wǎng)元設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的告警及性能監(jiān)控、配置下發(fā)、文件查詢等功能。其采用C/S 模式，管理員可操作客戶端實(shí)現(xiàn)維護(hù)各網(wǎng)元系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理。

1.3 行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)eAPP

eAPP 調(diào)度系統(tǒng)集成多媒體調(diào)度中心eMDC、多媒體錄制播放服務(wù)器eMRS，主要完成多媒體（語音、數(shù)據(jù)和視頻）業(yè)務(wù)調(diào)度功能。eUDC 可部署在eMDC 服務(wù)器上，用于構(gòu)建用戶安全接入應(yīng)用策略平臺，提供開戶管理、用戶信息管理、終端設(shè)備eUE 管理和終端序列號IMEI 校驗(yàn)，同時提供應(yīng)用軟件推送和用戶登錄鑒權(quán)等服務(wù)。

其中，eMDC 作為eAPP 的主要設(shè)備，完成多媒體業(yè)務(wù)調(diào)度，同時管理媒體流。eMRS 是多媒體錄制播放服務(wù)器，提供視頻語音錄制、點(diǎn)播和管理功能。

1.4 專網(wǎng)基站eNodeB

eNB 是無線集群系統(tǒng)的接入設(shè)備，由基帶處理模塊eBBU、射頻拉遠(yuǎn)模塊eRRU 與天饋系統(tǒng)三個部分組成，使用分布式結(jié)構(gòu)。一臺eBBU 通過基于CPRI 光纖與多個eRRU 相連，同時每臺eRRU 配置一個天饋系統(tǒng)。

eBBU 主要完成集群數(shù)據(jù)接入、基帶信號處理、操作維護(hù)控制等功能。eRRU 實(shí)現(xiàn)信號的變頻和功率放大功能，配備的天饋系統(tǒng)負(fù)責(zé)射頻信號的接收和發(fā)射。

1.5 多媒體智能調(diào)度臺eDC

eDC 是調(diào)度系統(tǒng)的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)與管理平臺，通過可視化圖形界面實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)下的語音、視頻、短信等多種功能，如錄音錄像調(diào)取、緊急事件回應(yīng)、查詢歷史通話等。

2 西南某機(jī)場區(qū)域1.8GHz 寬帶集群系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 西南某地區(qū)空管1.8GHz寬帶集群系統(tǒng)架構(gòu)

西南某地區(qū)空管局所建設(shè)的1.8GHz 無線寬帶集群系統(tǒng)，覆蓋機(jī)場周界所有區(qū)域，包括：機(jī)坪、滑行道、導(dǎo)航臺、下滑臺、航管樓等室外區(qū)域，頻段為1795-1805MHz，是民航專用同頻組網(wǎng)，單個基站最大傳輸速率7Mb/s，帶寬共計10MHz。

1.8GHz 無線寬帶集群系統(tǒng)具備各民航單位（如：空管、機(jī)場集團(tuán)、航司等）業(yè)務(wù)所需特性，各民航單位工作人員（如：空管管制、機(jī)場機(jī)務(wù)、航司地勤等）可通過該系統(tǒng)相互配合、實(shí)時協(xié)調(diào)，共同完成空管調(diào)度、車輛管理、機(jī)場維保、地勤保障[3]，確保機(jī)場7×24正常運(yùn)作、航班正點(diǎn)運(yùn)行。

1.8GHz 無線寬帶集群系統(tǒng)可分為四個部分：核心區(qū)、基站區(qū)、終端區(qū)、外部系統(tǒng)接入?yún)^(qū)。

核心區(qū)：由eSCN210 核心網(wǎng)、（eUDC+eMDC）調(diào)度機(jī)服務(wù)器、eMRS 錄音錄像服務(wù)器、eOMC910網(wǎng)元管理系統(tǒng)及主備交換機(jī)組成，各子單元由以太網(wǎng)接口相連，均置于空管網(wǎng)絡(luò)機(jī)房內(nèi)。主要作為核心處理單元，負(fù)責(zé)管控整個機(jī)場區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的各子單元及信號的數(shù)據(jù)處理、分發(fā)。

基站區(qū)：目前該系統(tǒng)共設(shè)有7套eNB530基站，其中3臺RRU 為拉遠(yuǎn)站，分別引接其中3臺BBU 以增加延伸覆蓋范圍。基站通過光鏈路與核心控制區(qū)設(shè)備相連，用于機(jī)場各覆蓋作業(yè)區(qū)域無線信號數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

終端區(qū)：終端區(qū)設(shè)備eUE 可分為手持型與車載型。手持終端主要供空管運(yùn)控、機(jī)場及航司地服等工作人員使用，提供航空器活動區(qū)協(xié)同放行、控制區(qū)地面車輛運(yùn)行調(diào)度、地面綜合服務(wù)。車載終端主要配備給各單位工作在機(jī)坪上的車輛，便于對車輛位置、速度等進(jìn)行檢查及監(jiān)控跟蹤。

外部系統(tǒng)接入?yún)^(qū)：通過防火墻及傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與民航其他相關(guān)單位的外部系統(tǒng)對接，以1.8GHz 寬帶集群系統(tǒng)為承載，完成多種業(yè)務(wù)在綜合網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同運(yùn)作。

3 1.8GHz 寬帶集群系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用

目前，西南某地區(qū)空管以1.8GHz 寬帶集群系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載平臺，融合空管場面監(jiān)視、氣象、ADS-B、多點(diǎn)定位等場面數(shù)據(jù)，研發(fā)出運(yùn)行態(tài)勢系統(tǒng)、場面監(jiān)控系統(tǒng)，裝配在手持終端上，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域機(jī)場態(tài)勢及場面監(jiān)控。具體功能如下：

運(yùn)行態(tài)勢系統(tǒng)：空管運(yùn)管人員可在手持終端上查看西南四地實(shí)時動態(tài)的航班放行、延誤、氣象信息，以便對當(dāng)日機(jī)場運(yùn)行情況進(jìn)行整體掌握，并及時作出動態(tài)調(diào)整。

場面監(jiān)控系統(tǒng)：機(jī)場調(diào)度及航司機(jī)務(wù)等可在手持終端上全程監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)航空器、車輛、人員位置、速度信息[4]，配合不同種類標(biāo)牌區(qū)分不同類型目標(biāo)，以進(jìn)行控制區(qū)內(nèi)的場面管理。

圖3 運(yùn)行態(tài)勢系統(tǒng)與場面監(jiān)控系統(tǒng)界面圖

4 結(jié)束語

本文介紹了西南某地區(qū)空管基于TD-LTE 技術(shù)的1.8GHz 無線專網(wǎng)寬帶集群系統(tǒng)架構(gòu)及應(yīng)用，該系統(tǒng)具備高安全性、強(qiáng)可靠性、大帶寬等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)民航運(yùn)輸中各應(yīng)用場景下的實(shí)時調(diào)度、監(jiān)控等功能，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著民航通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，該技術(shù)終將逐步推廣應(yīng)用于全國各機(jī)場。