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基于TD-LTE的宽带专网技术发展和建议
作者: 发布于:2015/12/23 13:59:01 点击量:

摘要:全球无线专网正向宽带发展,LTE以其技术产业优势成为产业共识。美国率先开展LTE公共安全全国专网的建设。我国在北京、天津等主要城市开展了TD-LTE政务网试验,制定了宽带集群(B-TrunC)技术标准,完成了产品的认证测试,产业发展迅速。但LTE宽带集群发展仍面临技术商业模式、频谱、行业应用和终端等挑战。

  全球无线专网向LTE宽带技术演进存在巨大的发展机遇,我国急需从国家层面建立管理体系和机制,解决国内市场和产业发展的瓶颈问题,进一步组织推动LTE宽带集群标准的制定,打造完整产业链,扩大LTE宽带集群国际市场,发挥我国市场和产业的影响力,引领全球LTE专网技术和产业发展。

  • 无线专网的概念及其演进

  (一)无线专网的概念

  无线专网是为特定的行业或群体提供安全可靠服务的无线专业网络,其频谱和基础网络设施与公众蜂窝网络独立,通常采用下行共享信道的集群技术,以提高频谱效率。通常由公安、政务等特定的部门自建自用的网络分别称为公共安全专网、政务专网,而由多个行业共用专网的模式称为专网共网。

  从盈利性角度,我们可以继续将专网细分。单个行业自建自用专网一般是非盈利性的。非盈利性的多行业的专网共网,需要有政府部门进行管理,保证用于特定的政府用户范围,不以盈利为目的。盈利性的的多行业的专网共网,通常没有相应的政府部门进行用户范围的管理,运营企业以盈利为目的,为行业提供进行商业服务。

  在涉及公共安全和政府运行的领域,无线专网是必要的。一方面从应用场景来看,在灾难应急和人群高度密集的情况下,公众蜂窝网络易于拥塞或瘫痪,在极端情况下甚至可能需要主动关闭公网。而为保证公共安全、医疗、消防等政府部门的重要通信,需要有无线专网。另一方面从技术来看,公众蜂窝网络在语音接续时延和可靠性方面还未达到公共安全行业的需求。

  (二)全球无线专网向LTE宽带集群演进

  全球无线专网技术历经模拟集群、数字集群,正向宽带集群演进,如下图所示。模拟集群主要为MPT1327技术,提供语音对讲业务。数字集群的主流制式包括欧洲电信标准协会(ETSI)的TETRA和DMR标准、美国电信产业协会(TIA)的P25标准,以及我国公安行业的PDT标准,可以提供语音集群调度、低速数据和短消息业务。宽带集群是无线专网宽带技术演进的方向,在数字集群业务的基础上,增加宽带数据和应用、多媒体调度应用等业务。

                                             

图1无线专网技术演进

  LTE技术作为全球4G标准,具有高速率、高频谱效率、低时延等优点,且产业实力雄厚,成为全球无线专网宽带技术的共同选择。美国、中国、英国等主要国家公共安全和政务专网确定采用LTE技术。欧洲TETRA联盟于2012年更名为TCCA(TETRA&重要通信联盟),确定LTE为其宽带技术路线。基于LTE技术的宽带集群技术演进也成为无线专网发展的共识,中国通信标准化协会(CCSA)率先开展了基于LTE技术的宽带集群通信(B-TrunC)系统的标准化工作,B-TrunC标准业已成为ITU推荐的PPDR(公共保护和救灾)的标准。

  • 国际LTE宽带无线专网的发展和探索

  全球LTE宽带无线专网处于发展初期,美国率先在700MHz指配公共安全频谱,并成立独立的部门FirstNet,负责管理建设全国LTE公共安全专网,引领了全球公共安全宽带专网的发展。加拿大、韩国等国家也在700MHz为公共安全指配频谱,并开展LTE技术试验。面向公共安全需求,美国等国家正在3GPP积极推进MCPTT(公共安全PTT)等标准项目。

  (一)美国政府资助,探索建设全国性LTE公共安全专网

  2012年2月美国通过《中产阶级减税和就业促进法》法案,将700MHz频段2×10MHz频谱指配给公共安全,由FirstNet统一管理并负责联邦层面网络规划、建设、使用、运营和维护等工作,确定采用3GPP LTE标准。

  为支持LTE公共安全网络部署,美国联邦预算规划70亿美元,用于LTE公共安全全国专网的规划和基础设施建设,每个州的终端设备和运营成本由州财政承担。网络运营可由政府部门负责或者外包。网络的用户明确为公共安全的用户,其用户的定义在相关管理文件中给出,目前为警察、消防、医疗,有讨论可能扩展到公共事业的应急部分。

  该网络的发展低于预期,投资和管理问题突出。首先,网络建设和运维的资金缺口巨大,预计至少需要300亿美元,目前仅联邦确定投资70亿美元,州政府正在讨论筹资机制。其次,联邦到州的管理机制有待理顺,在法律、管理等方面的责权还需要协商。目前FirstNet正在与各州沟通,若加入全国网络,基础设施可使用国会的拨款来建设,若不加入,可自行投资建设,但要求与FirstNet网络统一技术体制并保证互联互通。

  (二)加拿大、韩国等国家开展LTE专网试验

  面对公共安全和救灾的需求,加拿大和韩国也正在开展LTE公共安全专网的试验。韩国政府启动了“SafeNet”项目,在700MHz分配20MHz频谱用于LTE公共安全网络,并由韩国公共安全部主管,计划2015年建设公共安全宽带集群试验网,2017年完成全国部署。加拿大也在700MHz为公共安全分配20MHz频谱,加拿大国家安全部门负责,正在开展公共安全LTE网络试验。

  • 我国TD-LTE无线专网的发展情况

  我国自2012年底始,陆续在北京、天津、南京等开展1.4GHz频段TD-LTE政务专网试验,并在全球率先制定了基于TD-LTE的宽带集群技术标准。2015年发布了1.4GHz和1.8GHz专网的频率规划。目前各城市发展模式不尽相同,在商业模式、监管政策、频谱资源和应用方面存在深层次问题急需解决。

  (一)TD-LTE政务网完成试验,频率规划正式发布

  我国TD-LTE政务试验网采取城市或行业申请,无线电管理局授权频率、使用地区和期限的方式开展。截止2014年12月,北京、天津、上海、南京和广东省获得了频率授权,并陆续启动网络建设,其行业应用的开发和客户群仍在探索和培养中,未形成稳定的商业模式。下表为北京、天津和南京TD-LTE政务网的基本情况。此外,北讯公司在上海市和广东省也分别建设了200多个和1000多个基站。

表1我国主要城市TD-LTE政务专网发展情况

  2015年,工信部正式发布1.4GHz和1.8GHz专网频率规划。1.4GHz频段规划20MHz用于公共安全、政务和应急,建议共网模式部署。1.8GHz频段用于轨道交通、行业宽带无线接入。预期2016年我国大中城市将开始1.4GHz LTE政务网的正式商用,地铁轨道交通1.8GHz LTE专网也将开始建设和应用。

  (二)我国LTE宽带集群产业发展迅速

  我国产业界联合成立了宽带集群(B-TrunC)产业联盟,产业发展迅速。2014年CCSA完成了基于LTE的宽带集群通信(B-TrunC)系列标准的制定工作。2015年,5家设备商(华为、鼎桥、中兴高达、普天、信威)推出了B-TrunC产品,共14款B-TrunC网络和终端设备的通过了联盟的单系统测试认证。目前联盟正在开展跨设备商产品的互联互通测试,预期2016年上半年完成。

  我国B-TrunC系列标准是目前全球唯一的LTE宽带集群系统级标准,在保持与3GPP R9版本后向兼容的同时,增强了语音集群和多媒体调度等宽带集群功能,空中接口采用了创新的下行共享信道技术,集群功能性能达到或超过TETRA技术水平。B-TrunC标准持续演进,Rel.1版本于2014年完成,支持本地组网,并开放终端接口,Rel.2版本预期2016年完成,将支持跨核心网的切换和漫游,核心网间接口、核心网与基站间接口开放,并支持政务网、轨道交通等更多的新业务功能要求。

  我国B-TrunC国际标准化取得重要成果。B-TrunC标准已经成为ITU推荐的公共保护和救灾标准,为我国企业在公共安全等国际专网市场竞争中创造了有利条件。1.4GHz频段成为3GPP正式频段,B-TrunC空中接口关键技术也成功在3GPP R13立项为SC-PTM项目。

  (三)我国LTE专网宽带集群面临的主要问题

  1、商业模式尚需探索。LTE政务专网的管理方、建设方、运营方和用户市场多样,需要继续探索可持续发展的商业模式。LTE无线专网的管理方可能是经信委、公安、应急办或者发改委,建设和运营方可能是地方企业或者电信运营商,用户有的是公共安全部门、政府非公共安全或者商业用户。参与方的各种组合,将带来不同的商业格局。

  商业模式的核心,是LTE政务网的公益性还是商业性的定位问题。如果侧重公益性,不以盈利为目标,则网络建设和运营主要依赖政府拨款,满足公共安全等政府部门的需要,应有用户许可管制,行业用户单位严格受限;如果侧重商业性,其收入可能主要来自用户的付费,在来自政府用户的收入不足的情况下,需要发展商业用户,导致对公众蜂窝通信市场的分流,在行业客户市场上形成一定补充和竞争格局。

  2、监管政策有待明确。LTE政务网的运营资质是监管的核心问题。LTE宽带集群系统同时支持LTE宽带数据传输业务和宽带集群调度业务,这两项在电信业务分类中均为基础电信业务,有较高的运营资质要求。由于利润薄责任重,电信基础运营商没有参与其中,目前LTE政务网的运营方都是非基础电信运营商,国企和民企兼有。且LTE政务共网存在多种投资和运营模式可能,投资方面可能政府或企业或两者共同投资,运营服务方面可能政府统一外包、或者运营企业与各行业用户签署服务协议等。此外频率许可的主体可能是政府部门,也可能是运营企业。投资运营模式及其主体的多样,带来了监管政策的挑战。

  3、频谱资源瓶颈突出。在窄带集群时代,政务、公安、武警、电力等行业部门无线专网都有独立的频谱资源并建设了独立行业专网,其中以政务和公安行业无线专网的用户最多。现在步入LTE宽带集群时代,由于LTE宽带系统占用频谱更宽,频谱资源瓶颈更为突出,无法采用为单个行业分配频谱的方式,需要推进共网的模式,实现频谱共享。

  4、应用和终端定制化和推广面临困难。目前是LTE无线专网发展初期,应用和业务提供能力是网络能否生存下去的关键因素。无线专网与行业生产活动紧密相关,好用易用且真正满足用户需求的业务应用和终端是发展的关键环节。而行业应用和业务研发,需要有洞察行业需求并转化为产品能力的综合性人才队伍,技术门槛高;终端的软硬件定制化比例高,由于用户规模较小、成本较高。

  • 我国TD-LTE专网宽带集群的发展建议

  (一)积极开展TD-LTE宽带集群政务商用网络试点,探索发展模式

  在业务需求和投资明确的部分大中城市,率先开展TD-LTE宽带集群政务商用网络试点,探索政务共网的商业模式,完善共网的管理和技术方案。积极推动基础电信运营商参与运营或合作。分阶段和步骤推进试点。

  (二)积极培育TD-LTE专网宽带业务应用和终端产业

  面向政务、公共安全、交通等主要行业宽带业务需求,加强可复制性的行业专网宽带业务应用平台的研发,加强典型行业应用、多媒体调度、智能管理和服务等业务和终端的研发。加强政府部门应用数据的挖掘、置换、综合开发,以及跨行业的业务平台整合,培育新型的行业专网综合应用提供能力。加强可复制性的业务应用和终端定制研发和推广工作。

  (三)积极推进TD-LTE专网宽带集群国家层面的统筹规划

  积极探索政务、公共安全等重点应用领域全国LTE无线专网的发展模式,研究制定国家层面的管理体制。研究制定行业与行业、国家与地方专网之间管理和技术要求。研究专网与公网协同发展以及两者在正常工作和应急等状态下的管理和技术措施。结合商业模式探索,适时推出市场许可和互联互通等相关管制政策。

  (四)推动LTE宽带集群标准和产业快速发展

  通过LTE宽带集群联盟等方式推动符合标准的产业链快速形成,重点解决终端和系统间的互联互通问题。推动LTE宽带集群在交通、能源等重点行业的应用和标准化。推动LTE宽带集群标准在3GPP、ITU等国际标准工作。积极扶持LTE宽带集群产业扩大国际市场,发挥我国市场和产业的影响力,引领全球LTE专网技术和产业发展。













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