王藝燃，孫權，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的戰術無線寬帶通信系統，可為半徑為8 km范圍的戰術區域提供穩定的無線寬帶通信信號覆蓋，實現面向多種戰術應用的寬帶數據傳輸和集群話音、視頻通話功能。對系統功能和性能進行了試驗驗證，試驗結果顯示，在MIMO天線采用空間分集設置條件下，單基站可在半徑為8 km的區域內同時提供上行寬帶約15 Mb/s、下行寬帶約28 Mb/s的數據傳輸能力以及多路RS422串口數據傳輸能力，并可在數據傳輸的同時進行多種模式的戰術集群通話，滿足戰術通信業務需求。

　　關鍵詞：LTE；無線通信；VPN；軟交換

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

　　引用格式：王藝燃，孫權，焦龍，等. 一種基于LTE的戰術無線寬帶通信系統［J］.微型機與應用，2016,35（24）：57-60.

0引言

　　在反恐作戰、邊境巡邏、區域防空作戰等戰術應用環境下，需通過無線通信手段實現陣地內人員、裝備之間的話音和數據傳輸。話音通信包括指揮機構之間的點對點通話、電話會議通話以及集群通話。數據通信包括戰場寬帶多媒體數據的實時傳輸，以及傳感器、作戰裝備、指控裝備之間的參數和命令傳輸等［12］。

　　現代戰場環境下，通信系統需承載的戰術業務類型越來越豐富，對通信系統的能力要求越來越高，傳統的通信裝備已難以滿足戰術應用需求。傳統的戰術通信手段存在帶寬窄、數據傳輸速率低、用戶容量小、拓撲結構固定、系統擴容困難等應用缺陷［3］。

　　應用于民用寬帶移動通信領域的LTE（Long Term Evolution)技術標準具有傳輸穩定、頻譜利用率高、誤碼率低、組網靈活、業務樣式豐富等優點［48］。基于這些優勢，LTE技術在反恐、軍事等特殊領域的應用受到越來越多的重視，但在這些應用場景中，傳統的LTE通信系統存在大區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用戶設備、話音調度業務功能難以滿足戰術應用需求等缺陷［9］。

　　本文提出了一種基于LTE的戰術無線寬帶通信系統，在充分利用LTE標準技術優勢的同時，面向戰術應用進行了優化設計。

1LTE戰術寬帶無線通信

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

　　1.1系統架構

　　系統的組成架構如圖1所示。系統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，完成數據和話音的雙向傳輸。通信中心站的通信管理設備包括網絡交換機、VPN服務器、調度服務器和調度終端。可通過網絡交換機接入本地衛星通信設備，實現本系統與上級通信站點的圖1基于LTE的戰術無線寬帶通信系統理圖實時通信。

　　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，或通過接口轉換模塊將IP網絡數據轉換為指定的通信接口（如RS422、RS485接口等）數據，實現與傳感器等裝備的數據傳輸。

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

　　1.2VPN系統

　　在戰術通信系統中，位于指揮所、指揮車等節點的通信終端通常需要接入多路信息設備，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備進行交互，而LTE協議本身的NAT功能并不支持這種訪問方式。

　　本系統采用VPN 技術實現該功能，以LTE寬帶無線通信網絡為平臺，通過通信中心站的VPN服務器對LTE網絡進行虛擬網絡擴展，為全網指揮型通信機的接入設備提供虛擬的專用傳輸通道，并通過指揮型通信機的VPN客戶端實現本地多路設備的擴展接入。

　　1.3調度功能

　　通過設置于上級通信節點和LTE通信中心站的調度服務器與調度終端進行高清視頻業務的接入處理以及戰術話音的調度。話音傳輸基于SIP協議，話音調度功能包括點對點撥號、電話會議、廣播、通撥等［10］。上級通信節點與多個LTE通信中心站的調度服務器之間可聯網工作，繼而實現上級通信節點和多個LTE寬帶子網之間的視頻、話音互聯。戰術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，根據指揮層級關系，電臺的人機界面預設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：指揮機構的IP電話可通過撥預設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，可通過所在網絡的調度終端對正在進行的通話進行強插、強拆等操作。

　　1.4天線

　　為了滿足戰術使用的信號覆蓋范圍要求，系統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射功率。系統所使用的基站與終端的天線基本設計參數如表1所示。其中，DXLTE1為終端天線，DXLTE2為基站天線。表1天線參數天線型號DXLTE1DXLTE2頻率范圍/MHz1 447～1 4671 447～1 467增益/dBi510發射功率/W230接頭型號SMA陽N(F)尺寸Size/mmΦ75×285Φ20×1 200

2試驗驗證

　　2.1試驗環境

　　2015年11月20日在合肥市郊進行了本系統的實地測試驗證工作。通信中心站配置于合肥市濱湖新區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距中心站3 km、5 km、8 km處。3 km~5 km之間設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。通信節點的終端天線架設高度約1.8 m。各通信節點的試驗設備如表2所示。其中，將5 km通信節點的指揮型通信機設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度終端對上述話音調度關系進行配置。114#通信機和184#電臺各設置一個RS422串口，用于測試接口轉換傳輸能力。為了保證戰術環境下的信息傳輸可靠性，系統天線均采用空間分集模式。

　　2.2寬帶傳輸試驗

　　使用FTP軟件進行多線程數據上傳和下載，記錄傳輸速率。

　　(1)單站最遠距離傳輸試驗

　　首先測試在8 km的設計極限距離上單站同時上傳下載多個文件的數據傳輸速率，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據傳輸試驗2次，測試結果如表3所示。

　　(2)多站并發傳輸試驗

　　首先進行單站上行、多站下行的并發數據傳輸測試。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。

　　由試驗結果可見，在多站雙向通信條件下，系統總的上傳、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數據傳輸測試。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次測試數據相差較大，這是由于后兩次測試采用了更多的傳輸線程。總體而言多次試驗性能參數穩定。

　　由多站并發傳輸試驗可見，各個并行站所分得的傳輸資源與其信道狀況有關，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接口轉換傳輸試驗

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

　　試驗結果顯示，在滿負荷寬帶傳輸的條件下，通信終端RS422串口傳輸的誤碼率為0，具備良好的誤碼率性能，可以滿足戰術裝備的數據傳輸要求。

　　2.4戰術話音與視頻傳輸試驗

　　在多站并發傳輸的情況下進行戰術話音和視頻傳輸試驗，測試話音和視頻的調度能力以及數據-話音同傳的穩定性。

　　(1) 話音傳輸試驗

　　IP電話點對點試驗結果如表7所示。試驗結果顯示，在全系統滿負荷數據傳輸的條件下，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果如表8所示。當IP電話對背負式電臺撥號時，系統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，這是由于試驗系統中背負式電臺采用的是基于Android系統的軟電話設計，存在一定的軟件內部延時，該延時可在后續的軟件優化中予以消除。

　　兩種終端的通播功能試驗結果如表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。

　　試驗結果顯示，在VPN系統和調度服務器的支持下，本系統可以實現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

　　在多站并發傳輸的情況下，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節點東西向各2 km的路段往復行駛。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果如表10所示。

3結論

　　本文提出了一種基于LTE的戰術無線寬帶通信系統,解決了傳統LTE通信系統信號覆蓋范圍小、單一通信終端無法接入多臺IP用戶設備、話音調度業務功能難以滿足戰術應用需求等缺陷，可為戰術區域提供穩定的無線寬帶通信信號覆蓋，實現面向多種戰術應用的數據傳輸和集群話音通話功能。試驗結果顯示，系統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系統可為數據傳輸和話音通話提供穩定的NAT應用支持，調度服務器可在高速數據傳輸的情況下保障戰術話音和視頻業務的建立和傳輸，且系統具備穩定的動中通能力，為反恐作戰、邊境巡邏、區域防空作戰等戰術應用環境提供了一種切實可行的綜合通信解決方案。

參考文獻

　　［1］ 何明, 姜志平, 趙勇. 美軍下一代高級戰術互聯網體系結構發展研究［J］ .指揮控制與仿真，2010，32(6): 121123.

　　［2］ 曹進剛，張春曉，胡少東. 美軍戰術通信發展現狀及對我軍啟示［J］. 信息通信, 2014（9）:137 138.

　　［3］ 于全.戰術通信理論與技術［M］ .北京:電子工業出版社, 2009.

　　［4］ 孫昀. TDLTE 業務和終端現狀及發展趨勢［J］.電信工程技術與標準化, 2010, 23(12):13 16.

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

　　［6］ 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寬帶集群專網的行業應用［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.

　　［9］ 金紅軍. 基于LTE 技術的戰術通信系統研究進展［J］. 電訊技術，2012,52(8)：1387 1394.

　　［10］ 馬嵐，于進才.多媒體通信技術的應用及發展［J］. 電子技術應用，2001,27(9)：6 9.