王藝燃,，孫權(quán)，焦龍,，霍菁,，李霖楓

　　（中國電子進出口總公司,，北京 100036）

       摘要：提出了一種基于LTE的戰(zhàn)術(shù)無線寬帶通信系統(tǒng),，可為半徑為8 km范圍的戰(zhàn)術(shù)區(qū)域提供穩(wěn)定的無線寬帶通信信號覆蓋，實現(xiàn)面向多種戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的寬帶數(shù)據(jù)傳輸和集群話音,、視頻通話功能,。對系統(tǒng)功能和性能進行了試驗驗證，試驗結(jié)果顯示,，在MIMO天線采用空間分集設(shè)置條件下,，單基站可在半徑為8 km的區(qū)域內(nèi)同時提供上行寬帶約15 Mb/s、下行寬帶約28 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力以及多路RS422串口數(shù)據(jù)傳輸能力,，并可在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行多種模式的戰(zhàn)術(shù)集群通話,，滿足戰(zhàn)術(shù)通信業(yè)務(wù)需求。

　　關(guān)鍵詞：LTE,；無線通信,；VPN；軟交換

　　中圖分類號：TN924文獻標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2016.24.017

　　引用格式：王藝燃,，孫權(quán),，焦龍，等. 一種基于LTE的戰(zhàn)術(shù)無線寬帶通信系統(tǒng)［J］.微型機與應(yīng)用,，2016,35（24）：57-60.

0引言

　　在反恐作戰(zhàn),、邊境巡邏,、區(qū)域防空作戰(zhàn)等戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用環(huán)境下，需通過無線通信手段實現(xiàn)陣地內(nèi)人員,、裝備之間的話音和數(shù)據(jù)傳輸,。話音通信包括指揮機構(gòu)之間的點對點通話、電話會議通話以及集群通話,。數(shù)據(jù)通信包括戰(zhàn)場寬帶多媒體數(shù)據(jù)的實時傳輸,，以及傳感器、作戰(zhàn)裝備,、指控裝備之間的參數(shù)和命令傳輸?shù)龋?2］,。

　　現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境下，通信系統(tǒng)需承載的戰(zhàn)術(shù)業(yè)務(wù)類型越來越豐富,，對通信系統(tǒng)的能力要求越來越高,，傳統(tǒng)的通信裝備已難以滿足戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求。傳統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)通信手段存在帶寬窄,、數(shù)據(jù)傳輸速率低,、用戶容量小、拓撲結(jié)構(gòu)固定,、系統(tǒng)擴容困難等應(yīng)用缺陷［3］,。

　　應(yīng)用于民用寬帶移動通信領(lǐng)域的LTE（Long Term Evolution)技術(shù)標(biāo)準具有傳輸穩(wěn)定、頻譜利用率高,、誤碼率低,、組網(wǎng)靈活、業(yè)務(wù)樣式豐富等優(yōu)點［48］,?；谶@些優(yōu)勢，LTE技術(shù)在反恐,、軍事等特殊領(lǐng)域的應(yīng)用受到越來越多的重視,，但在這些應(yīng)用場景中，傳統(tǒng)的LTE通信系統(tǒng)存在大區(qū)制工作方式下信號覆蓋范圍小,、單一通信終端無法接入多臺IP用戶設(shè)備,、話音調(diào)度業(yè)務(wù)功能難以滿足戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求等缺陷［9］。

　　本文提出了一種基于LTE的戰(zhàn)術(shù)無線寬帶通信系統(tǒng),，在充分利用LTE標(biāo)準技術(shù)優(yōu)勢的同時,，面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用進行了優(yōu)化設(shè)計。

1LTE戰(zhàn)術(shù)寬帶無線通信

　　本文提出的基于LTE的戰(zhàn)術(shù)無線寬帶通信系統(tǒng),，通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network,，VPN）技術(shù)解決在單臺通信終端下接入多路信息設(shè)備的問題，通過專用天線實現(xiàn)信號覆蓋范圍的提升，通過基于軟交換技術(shù)的調(diào)度服務(wù)器實現(xiàn)視頻調(diào)度以及IP電話與采用PTT鍵通話的通信電臺之間的戰(zhàn)術(shù)集群話音調(diào)度功能,。

　　1.1系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)的組成架構(gòu)如圖1所示,。系統(tǒng)由通信中心站和指揮型通信機、背負式電臺兩種通信終端構(gòu)成,。

　　通信中心站一般搭載于專用的通信車上,，通過LTE通信基站提供無線通信信號的覆蓋，完成數(shù)據(jù)和話音的雙向傳輸,。通信中心站的通信管理設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)交換機,、VPN服務(wù)器,、調(diào)度服務(wù)器和調(diào)度終端,。可通過網(wǎng)絡(luò)交換機接入本地衛(wèi)星通信設(shè)備,，實現(xiàn)本系統(tǒng)與上級通信站點的圖1基于LTE的戰(zhàn)術(shù)無線寬帶通信系統(tǒng)理圖實時通信,。

　　指揮型通信機適用于各類指揮所或指揮車，可通過VPN客戶端同時接入多部IP電話和計算機,，或通過接口轉(zhuǎn)換模塊將IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為指定的通信接口（如RS422,、RS485接口等）數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與傳感器等裝備的數(shù)據(jù)傳輸,。

　　背負式電臺適用于對便攜性有較高要求,、需采集戰(zhàn)場視頻、采用PTT（Push To Talk）形式進行戰(zhàn)術(shù)通話,，或需要對高炮,、便攜式防空導(dǎo)彈等作戰(zhàn)裝備進行數(shù)據(jù)通信的作戰(zhàn)單位使用。

　　1.2VPN系統(tǒng)

　　在戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)中,，位于指揮所,、指揮車等節(jié)點的通信終端通常需要接入多路信息設(shè)備，如IP電話,、筆記本電腦,、傳感器等，并與其他通信終端下的信息設(shè)備進行交互,，而LTE協(xié)議本身的NAT功能并不支持這種訪問方式,。

　　本系統(tǒng)采用VPN 技術(shù)實現(xiàn)該功能，以LTE寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)為平臺,，通過通信中心站的VPN服務(wù)器對LTE網(wǎng)絡(luò)進行虛擬網(wǎng)絡(luò)擴展,，為全網(wǎng)指揮型通信機的接入設(shè)備提供虛擬的專用傳輸通道，并通過指揮型通信機的VPN客戶端實現(xiàn)本地多路設(shè)備的擴展接入,。

　　1.3調(diào)度功能

　　通過設(shè)置于上級通信節(jié)點和LTE通信中心站的調(diào)度服務(wù)器與調(diào)度終端進行高清視頻業(yè)務(wù)的接入處理以及戰(zhàn)術(shù)話音的調(diào)度,。話音傳輸基于SIP協(xié)議，話音調(diào)度功能包括點對點撥號、電話會議,、廣播,、通撥等［10］。上級通信節(jié)點與多個LTE通信中心站的調(diào)度服務(wù)器之間可聯(lián)網(wǎng)工作,，繼而實現(xiàn)上級通信節(jié)點和多個LTE寬帶子網(wǎng)之間的視頻,、話音互聯(lián)。戰(zhàn)術(shù)通話方式主要包括以下幾種,。

　　(1) IP電話之間：上級通信站點,、通信中心站以及連接在指揮型通信機的IP電話間通過撥固定號碼進行點對點撥號通話或電話會議通話。

　　(2) 背負式電臺之間：背負式電臺采用PTT手柄進行通話,，根據(jù)指揮層級關(guān)系,，電臺的人機界面預(yù)設(shè)有多個可定義的撥號快捷鍵，可進行點對點通話或點對多點通撥通話,。

　　(3) IP電話與背負式電臺之間：指揮機構(gòu)的IP電話可通過撥預(yù)設(shè)號碼對下屬背負式電臺進行點對點通話或廣播通話,。

　　上述通話過程中，可通過所在網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度終端對正在進行的通話進行強插,、強拆等操作,。

　　1.4天線

　　為了滿足戰(zhàn)術(shù)使用的信號覆蓋范圍要求，系統(tǒng)采用了高增益的基站天線和終端天線,，并基于軍用背景加大了基站與終端的發(fā)射功率,。系統(tǒng)所使用的基站與終端的天線基本設(shè)計參數(shù)如表1所示。其中,，DXLTE1為終端天線,，DXLTE2為基站天線。表1天線參數(shù)天線型號DXLTE1DXLTE2頻率范圍/MHz1 447～1 4671 447～1 467增益/dBi510發(fā)射功率/W230接頭型號SMA陽N(F)尺寸Size/mmΦ75×285Φ20×1 200

2試驗驗證

　　2.1試驗環(huán)境

　　2015年11月20日在合肥市郊進行了本系統(tǒng)的實地測試驗證工作,。通信中心站配置于合肥市濱湖新區(qū)南淝河大橋中段偏西處,，各通信終端分別配置于中心站西側(cè)距中心站3 km、5 km,、8 km處,。3 km~5 km之間設(shè)置用于測試背負式終端得動中通性能的路段。

　　通信中心站采用車載方式,，天線通過升降桿升高至約6 m高度,。通信節(jié)點的終端天線架設(shè)高度約1.8 m。各通信節(jié)點的試驗設(shè)備如表2所示,。其中,，將5 km通信節(jié)點的指揮型通信機設(shè)置為全部背負式電臺的上級指揮站，在全部背負式電臺中,，5 km通信節(jié)點處的182#為指揮機,，即可對其他電臺進行一鍵通播通話,。測試前通過通信中心站的調(diào)度終端對上述話音調(diào)度關(guān)系進行配置。114#通信機和184#電臺各設(shè)置一個RS422串口,，用于測試接口轉(zhuǎn)換傳輸能力,。為了保證戰(zhàn)術(shù)環(huán)境下的信息傳輸可靠性，系統(tǒng)天線均采用空間分集模式,。

　　2.2寬帶傳輸試驗

　　使用FTP軟件進行多線程數(shù)據(jù)上傳和下載,，記錄傳輸速率。

　　(1)單站最遠距離傳輸試驗

　　首先測試在8 km的設(shè)計極限距離上單站同時上傳下載多個文件的數(shù)據(jù)傳輸速率,，通過114#通信機接入的計算機與中心站的計算機進行雙向數(shù)據(jù)傳輸試驗2次,，測試結(jié)果如表3所示。

　　(2)多站并發(fā)傳輸試驗

　　首先進行單站上行,、多站下行的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸測試,。通信機102#的計算機向基站計算機上傳文件，119#,、114#的計算機從基站計算機同時下載文件,，3次測試的通信速率如表4所示,。

　　由試驗結(jié)果可見,，在多站雙向通信條件下，系統(tǒng)總的上傳,、下載速率較單站傳輸略有下降,。

　　其次進行多站同時上行的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸測試。102#,、119#,、114#三站的計算機同時上傳文件，3次測試的通信速率如表5所示,。第1次測試與第2,、3次測試數(shù)據(jù)相差較大，這是由于后兩次測試采用了更多的傳輸線程,?？傮w而言多次試驗性能參數(shù)穩(wěn)定。

　　由多站并發(fā)傳輸試驗可見,，各個并行站所分得的傳輸資源與其信道狀況有關(guān),，在同樣的射頻性能條件下，隨著與通信中心站距離變遠,，終端的通信性能有一定的衰減,。

　　2.3接口轉(zhuǎn)換傳輸試驗

　　在多站并發(fā)傳輸試驗的同時，通過8 km節(jié)點的114#指通信機和184#電臺進行接口轉(zhuǎn)換傳輸能力測試,。通過通信中心站的計算機向兩個終端各發(fā)送一路RS422串口數(shù)據(jù),，從各自的串口讀取接收到的數(shù)據(jù)并測試誤碼率,，測試結(jié)果如表6所示

　　試驗結(jié)果顯示，在滿負荷寬帶傳輸?shù)臈l件下,，通信終端RS422串口傳輸?shù)恼`碼率為0,，具備良好的誤碼率性能，可以滿足戰(zhàn)術(shù)裝備的數(shù)據(jù)傳輸要求,。

　　2.4戰(zhàn)術(shù)話音與視頻傳輸試驗

　　在多站并發(fā)傳輸?shù)那闆r下進行戰(zhàn)術(shù)話音和視頻傳輸試驗,，測試話音和視頻的調(diào)度能力以及數(shù)據(jù)-話音同傳的穩(wěn)定性。

　　(1) 話音傳輸試驗

　　IP電話點對點試驗結(jié)果如表7所示,。試驗結(jié)果顯示,，在全系統(tǒng)滿負荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件下，通信機接入的IP話機之間可相互撥號通話,，且話音效果良好,。

　　IP電話與背負式電臺之間，以及電臺彼此間的撥號通話試驗結(jié)果如表8所示,。當(dāng)IP電話對背負式電臺撥號時,，系統(tǒng)在撥號后立即建立并接通通話，但試驗中存在0.5~1 s的通話建立延時時間,，這是由于試驗系統(tǒng)中背負式電臺采用的是基于Android系統(tǒng)的軟電話設(shè)計,，存在一定的軟件內(nèi)部延時，該延時可在后續(xù)的軟件優(yōu)化中予以消除,。

　　兩種終端的通播功能試驗結(jié)果如表9所示,。試驗中，部分電臺在通話建立后通過自身人機界面的“掛斷”鍵進行主動掛斷,，部分通過主叫方掛斷進行被動掛斷,。

　　試驗結(jié)果顯示，在VPN系統(tǒng)和調(diào)度服務(wù)器的支持下,，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)IP電話與背負式電臺PTT話音之間的點對點撥號通話與點對多點通播通話,。

　　(2)視頻傳輸試驗

　　在多站并發(fā)傳輸?shù)那闆r下，采用118#電臺進行“動中通”視頻傳輸性能測試,，該電臺搭載于車輛上,，沿3 km節(jié)點東西向各2 km的路段往復(fù)行駛。為保證信號不被車體阻斷,，將電臺天線固定于車輛頂部,。該電臺與181#~184#電臺的視頻傳輸試驗結(jié)果如表10所示。

3結(jié)論

　　本文提出了一種基于LTE的戰(zhàn)術(shù)無線寬帶通信系統(tǒng),解決了傳統(tǒng)LTE通信系統(tǒng)信號覆蓋范圍小,、單一通信終端無法接入多臺IP用戶設(shè)備,、話音調(diào)度業(yè)務(wù)功能難以滿足戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求等缺陷，可為戰(zhàn)術(shù)區(qū)域提供穩(wěn)定的無線寬帶通信信號覆蓋,，實現(xiàn)面向多種戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸和集群話音通話功能,。試驗結(jié)果顯示,，系統(tǒng)所采用的基站與終端天線可以滿足8 km的寬無線信號覆蓋，VPN系統(tǒng)可為數(shù)據(jù)傳輸和話音通話提供穩(wěn)定的NAT應(yīng)用支持,，調(diào)度服務(wù)器可在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下保障戰(zhàn)術(shù)話音和視頻業(yè)務(wù)的建立和傳輸,，且系統(tǒng)具備穩(wěn)定的動中通能力，為反恐作戰(zhàn),、邊境巡邏,、區(qū)域防空作戰(zhàn)等戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用環(huán)境提供了一種切實可行的綜合通信解決方案。

參考文獻

　?。?］ 何明, 姜志平, 趙勇. 美軍下一代高級戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展研究［J］ .指揮控制與仿真,，2010，32(6): 121123.

　?。?］ 曹進剛,，張春曉，胡少東. 美軍戰(zhàn)術(shù)通信發(fā)展現(xiàn)狀及對我軍啟示［J］. 信息通信, 2014（9）:137 138.

　?。?］ 于全.戰(zhàn)術(shù)通信理論與技術(shù)［M］ .北京:電子工業(yè)出版社, 2009.

　?。?］ 孫昀. TDLTE 業(yè)務(wù)和終端現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準化, 2010, 23(12):13 16.

　　［5］ 張新程,，田韜,，周曉津，等.LTE 空中接口技術(shù)與性能［M］. 北京：人民郵電出版社,，2009.

　?。?］ RATASUK R, GHOSH A. System performance of uplink multiuser MIMO in LTE［C］. IEEE Vehicular Technology Conference, 2011, 17(3): 1 5.

　　［7］ 王侖. LTE寬帶集群專網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用［J］.移動通信,，2014(1)：54 55.

　　［8］ GHOSH A, RATASUK R, MONDAL B, et al. LTEadvanced: nextgeneration wireless broadband technology［C］. IEEE Wireless Communications, 2010, 17(3): 15361284.

　?。?］ 金紅軍. 基于LTE 技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)研究進展［J］. 電訊技術(shù),，2012,52(8)：1387 1394.

　　［10］ 馬嵐,，于進才.多媒體通信技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展［J］. 電子技術(shù)應(yīng)用,，2001,27(9)：6 9.