基于TD-LTE技术的机场无线宽带集群专网应用分析.pdf

Telecom Power Technology 165 Sep.25,2023,Vol.40 No.18 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期通信网络技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.18.055基于 TD-LTE 技术的机场无线宽带集群专网应用分析李若晨（中国民用航空西南地区空中交通管理局，四川 成都 610202）摘要：主要介绍无线宽带集群专网的基本概念和民航通信的相关业务，结合成都网络中心语音专网的组成与现状研究专网混合组网的可行性，并根据使用现状和用户需求规划语音专网混合组网的拓扑，实现无线宽带集群系统在机场业务范围内的扩展应用。关键词：语音专网；通信系统；混合组网Application Analysis of Airport Wireless Broadband Trunking Private Network Based on TD-LTE TechnologyLI Ruochen(Southwest Air Traffic Management Bureau of Civil Aviation of China,Chengdu 610202,China)Abstract:This paper mainly introduces the basic concept of wireless broadband trunking private network and related services of civil aviation communication,studies the feasibility of private network hybrid networking based on the composition and present situation of Chengdu Network Center voice private network,and plans the topology of voice private network hybrid networking according to the use status and user needs to realize the extended application of wireless broadband trunking system in the airport business scope.Keywords:voice private network;communication system;hybrid networking0引言随着民航航线和业务量的不断增加，地空通信和地面保障通信面临的压力逐渐增大。为确保机场运营安全，需要各单位和各部门的协同配合和同步运转，实现实时沟通和协调。同时，随着大数据、移动互联网、物联网以及云计算等新技术的发展，信息化、智能化成为机场行业发展的必然趋势。智慧机场是解决当前机场业务规模大、运行主体多、运行状况复杂以及航班延误频发等行业问题的重要手段。在机场数字化建设中，急需设计一个能实现无线电子工单和信息查询、具备可视化调度指挥能力、拥有专业集群对讲功能的大带宽无线宽带集群专网。1TD-LTE 专网分析1.1TD-LTE 专网技术分时长期演进（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）移动通信系统在 20 MHz 的带宽内能实现下行 48.62 Mb/s、上行 29.93 Mb/s 的系统峰值速率。其频谱配置非常灵活，支持 1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz 以及 20 MHz 带宽。TD-LTE 技术采用下行正交 频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）、上行单载波频分多址（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA）的接入方式，在天线端采用多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术。通过这些技术大幅提高系统容量和频谱利用率，从而获得更高的数据率、更好的传输品质以及更大的系统覆盖范围，满足视频回传等上行高带宽并发业务的应用需求1。1.2TD-LTE 专网优势TD-LTE 采用先进的空口接入和 MIMO 技术，拥有更高的上行和下行峰值速率，专用网络安全性更高。1 785 1 805 MHz 频段是国家相关管理机构批准给民航局在机场范围内使用的专用频率，该频段的使用由各地机场当局申请，具备先天优势。TD-LTE可灵活配置上行和下行时隙，更适合承载物联网类数据业务，适用于视讯类和移动互联网类业务。TD-LTE 已在全球形成完善的产业链，在系统、终端、芯片以及测试设备等方面均有众多主流厂家投入研发和 生产2。1.3机场无线宽带集群专网的特性机场无线宽带集群专网存在 7 个方面的特性：一是保密性，保障特殊任务和其他重要飞行任务的安全；二是专业集群，可建立组呼，不吞字、不丢字；三是精准定位，支持人员和车辆的定位；四是安全可靠，专网专用，提供连续可靠的通信信号；五是宽带数据高效传输，支持海量数据包传输，满足机场 App应用；六是融合网络，与现有的网络互联互通，保证网络平滑过渡升级；七是终端便携，一部终端可实现多种功能，保证一线工作人员工作的高效性。收稿日期：2023-08-11作者简介：李若晨（1990），男，陕西渭南人，本科，主要研究方向为通信技术。2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期Sep.25,2023,Vol.40 No.18Telecom Power Technology 166 2无线宽带集群专网2.1无线专网逻辑结构机场无线宽带集群专网系统采用 TD-LTE 技术标准，主要包括基站、核心网设备、网管设备、室内分布式系统以及相关配套设施等。无线宽带集群专网逻辑结构如图 1 所示。2.2无线专网信号覆盖以西南地区某大型机场为例，分析无线专网信号覆盖问题。该机场停机坪分为近机位、远机位以及跑道/滑行道3个区域，无线网络覆盖半径需求为8 km，数据接口/管理语音对讲语音对讲视频监控定位监控指挥调度移动视频监控资源定位监控无线指挥调度无线应用网关eNB网管平台核心网eNBeNBVPDN 3G备网机场室内区域现场操作层无线网络层网络平台层应用平台层调度监控层终端设备机场室外区域图 1 无线宽带集群专网逻辑结构且要保证机场内紧急救援现场视频数据能实时传回运行控制中心（Airplane Operating Control，AOC）。场地巡视数据实时传回航站楼运行管理中心（Terminal Operation Center，TOC），实现远机位地勤资源高效调度3。近机位通过部署 TD-LTE 基站，实现终端业务的接入，从而满足手持终端接入需求。远机位通过部署 TD-LTE 基站，实现数据回传，并沿跑道外围台站设置相应基站，解决远距离覆盖问题。整个停机坪通过部署 TD-LTE 基站，实现区域完整覆盖，满足语音业务的接入和移动视频监控的需求。航站楼内采用通用的室分系统，实现 TD-LTE 无线信号覆盖。机场无线宽带集群系统提供生态系统软件开发包（Software Development Kit，eSDK）平台与外部应用系统对接，通过该平台实现语音集群、应用数据传输以及视频控制等与上层应用系统的无缝对接。此外，机场无线覆盖方案需要综合考虑终端接入的安全性问题，采用防火墙和安全网关的方式保证接入安全，使用统一策略管理平台管理用户和终端设备4。2.3无线专网核心网设计核心网设备由核心网服务器提供的网管接口连接至管理系统进行统一网管，网管架设在核心机房。核心网网元网管连接如图 2 所示。无线专网核心网设计是机场无线宽带集群专网系统中的关键环节，其主要目标是实现高效、稳定和安全的数据传输。在设计过程中，需要考虑网络拓扑结构设计。核心网设备包括基站、核心网服务器、室内分布式系统等组成部分，它们之间的连接方式和布局需要合理规划。为保护终端接入的安全性，可以采用防火墙和安全网关来对网络进行保护。这些安全设备能够监控流量并检测潜在威胁，确保只有经过授权的用户和设备能够访问网络资源。此外，在无线专网核心网设计中还需要考虑数据传输速率和容量需求。MMEHSS网管网管交换机核心网汇聚交换机承载网SAE-GW图 2 核心网网元网管连接3无线专网应用分析根据使用场景和类型，机场专用无线宽带业务可分为 6 类，包括机坪服务保障、机场移动监控、电子机舱服务、机务维修保障、集群语音调度以及机场应急指挥。具体使用场景如图 3 所示。根据航班保障各业务的交互对象，无线网络所承载的业务分为 3 类。一是车网互动（Vechile to Ground，V2G）业务，实现机场地面车辆与机场地面业务系统的交互；二是政府对政府（Ground to Ground，G2G）业务，实现地面作业人员、地面设施与地面业务系统之间的交互；三是空对地（Airplane to Ground，A2G）业务，实现飞机与地面业务系统之间的交互5。3.1V2G 业务V2G 业务包含车辆调度作业和移动视频监控等，2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期 167 Telecom Power TechnologySep.25,2023,Vol.40 No.18 李若晨：基于 TD-LTE 技术的 机场无线宽带集群专网应用分析带宽需求如表 1 所示。3.2G2G 业务G2G 业务包含地面服务指挥调度、飞机配载监装调度作业、飞机加油调度作业、行李装卸调度作业、机舱清洁调度作业以及机载配餐调度作业等，宽带需求如表 2 所示。机载娱乐数据高速传输QAR数据上传地勤作业无纸化飞机检查维修无纸化机场安全监察实时取证回传为应急指挥调度提供决策依据基地航空专家远程指导计划外维修基于资源状态和位置的可视调度EFB大数据快速更新电子机舱服务机坪服务保障机务维修保障机场移动监控图 3 机场无线应用场景表 1V2G 业务带宽需求业务类型单路带宽需求备注车辆视频监控2 Mb/s/摄像头 100%（占空比）高清语音业务13 kb/s1.5%（高峰占空比）数据业务128 kb/s1.5%（高峰占空比）GIS 业务（定位信息数据包）50 B/s8 bits100%（占空比）GIS 业务（差分修正数据包）20 B/s8 bits100%（占空比）表 2G2G 业务带宽需求调度业务类型单路带宽需求备注语音业务13 kb/s1.5%（高峰占空比）数据业务128 kb/s1.5%（高峰占空比）机务维修现场视频传输2 Mb/s/例 100%（占空比）高清应急及安全视频监控2 Mb/s/例 100%（占空比）高清GIS 业务（定位信息数据包）50 B/s8 bits100%（占空比）GIS 业务（差分修正数据包）20 B/s8 bits100%（占空比）3.3A2G 业务A2G 业务包括快速存取记录器（Quick Access Recorder，QAR）、电 子 飞 行 包（Electronic Flight Bag，EFB）等数据的传输等。飞机典型应用带宽按照高峰时段每小时 59 架次计算，则每个机位 EFB 业务传输带宽约为 13.11 Mb/s，每个机位 QAR 业务传输带宽约为 16.78 Mb/s。由此可知，高峰时段停机位需要 29.89 Mb/s 的带宽支持无线数据传输。4结论基于 TD-LTE 技术的机场无线宽带集群专网的应用为机场行业的发展提供了重要的解决方案。通过建设无线宽带集群系统，可以实现高效、稳定且安全的数据传输，满足机场各种业务需求。同时，该技术具有灵活的频谱配置和高容量特点，能够支持大规模数据传输和多种应用场景。在未来的机场数字化建设中，应积极推广并采用基于 TD-LTE 技术的无线宽带集群专网，以提升机场的运营效率和安全水平，并推动智慧机场的发展。参考文献：1 于 欢，赵 峰.TD-LTE 技 术 在 电 力 无 线专网建设中的应用 J.数字通信世界，2018（6）：191.2 刘勇强.TD-LTE 在电力系统中的应用研究 J.通讯世界，2016（16）：84-85.3 冯海亮，施玉海，刘海涛，等.基于 TD-LTE数字集群的宽带无线专网架构及关键技术研究 J.广播电视信息，2015（6）：61-63.4 张婧.TD-LTE宽带集群技术在城市轨道交通中的应用J.电子科技，2016，29（7）：120-123.5 张晓雨.TD-LTE 宽带多媒体集群系统物理接口设计与实现 D.成都：电子科技大学，2016.