主頁（http://www.130131.com）：3GPP技術(shù)體制下無線自組網(wǎng)技術(shù)的探索

自組網(wǎng)技術(shù)能以其靈活機(jī)動的組網(wǎng)方式，較低成本地實現(xiàn)針對性的高密度覆蓋，相信在不久的將來有望繼PDT標(biāo)準(zhǔn)、B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)之后，建立完整的自組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義，進(jìn)一步推進(jìn)自組網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)急通信領(lǐng)域的全面應(yīng)用。環(huán)球?qū)＞W(wǎng)通信將邀請自組網(wǎng)行業(yè)內(nèi)知名專家團(tuán)隊及廠商代表，陸續(xù)推出關(guān)于自組網(wǎng)技術(shù)的系列報道，敬請大家密切關(guān)注并參與討論。今天刊發(fā)本系列第三期。

郜旭凱（左）、管鮑（中）、冷川川（右）

一 自組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展歷程

無線自組網(wǎng)采用分布式架構(gòu)，具有靈活、易用、易擴(kuò)展等特點，能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，提供快速、靈活構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)的能力。

無線自組網(wǎng)可以用于物聯(lián)網(wǎng)和非物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，主流的Zigbee、藍(lán)牙等技術(shù)都集成了無線自組網(wǎng)功能，用于近場、海量終端之間的小數(shù)據(jù)量傳輸。在這個領(lǐng)域，無線自組網(wǎng)具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)鏈成熟。

在非物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，無線自組網(wǎng)技術(shù)最早起源于軍事應(yīng)用，即美軍的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)，稱為Ad Hoc，目前已經(jīng)成為軍用電臺的必備功能。2000年左右，Ad hoc技術(shù)開始轉(zhuǎn)為民用，稱為Mesh技術(shù)。2003年，IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織開始制定Mesh標(biāo)準(zhǔn)，2006年提出了802.11S，即Wi-Fi體制的Mesh標(biāo)準(zhǔn)。在這段時間，Wi-Fi Mesh發(fā)展較快，但是隨后由于Wi-Fi技術(shù)難以在室外移動環(huán)境下應(yīng)用，覆蓋距離短，用戶容量受限，安全級別低等問題，Wi-FiMesh技術(shù)和產(chǎn)品直到目前也沒有再得到很好的發(fā)展。

在Wi-Fi Mesh之后，基于COFDM技術(shù)體制的Mesh產(chǎn)品逐漸成為主流。COFDM自組網(wǎng)產(chǎn)品的工作頻段、發(fā)射功率和無線傳輸技術(shù)都可以根據(jù)需求定制，擺脫了Wi-Fi Mesh對公共頻段和商用套片的依賴，室外移動環(huán)境下的覆蓋能力得到了顯著提升，應(yīng)用場景也得到了較大的擴(kuò)展，比較成功的應(yīng)用如公安原有的無線圖傳系統(tǒng)等。但是，COFDM技術(shù)與主流3GPP技術(shù)體制有較大的差別，各廠家的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈比較薄弱，應(yīng)用比較零散，無法形成規(guī)�；�的市場，未來的發(fā)展空間非常有限。

二 3GPP體制下的自組網(wǎng)技術(shù)

盡管自組網(wǎng)技術(shù)一直都是業(yè)界研究的熱點，但是該技術(shù)直到4G規(guī)模商用也沒有進(jìn)入主流3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之中，主要原因還是運營商市場對自組網(wǎng)應(yīng)用的需求并不是太多。

隨著全球?qū)�公共安全的重視，各國政府都在致力建設(shè)全國范圍內(nèi)的公共安全無線專網(wǎng)，例如美國的FirstNet和韓國公安專網(wǎng)等�；�于各國政府的需求，公共安全業(yè)務(wù)也成為4.5G和5G標(biāo)準(zhǔn)重點研究的方向之一。相比運營商網(wǎng)絡(luò)，無線專網(wǎng)要求更廣的覆蓋范圍、更靈活的組網(wǎng)方式和更強(qiáng)的上傳容量，需要支持脫網(wǎng)直通、多跳橋接以及無中心節(jié)點自組網(wǎng)等功能，而寬帶自組網(wǎng)技術(shù)是滿足上述需求的關(guān)鍵，因此3GPP標(biāo)準(zhǔn)在R12及后續(xù)版本中都對自組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了重點研究，并形成了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

3GPP標(biāo)準(zhǔn)在R12版本中增加了鄰近服務(wù)功能(Proximity Service, ProSe)，定義了相應(yīng)的空口，即PC5接口，以及空口技術(shù)規(guī)范，即Sidelink規(guī)范。在LTE幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，Sidelink規(guī)范增加了discovery信道，用于終端之間的相互發(fā)現(xiàn)，通過同步信號實現(xiàn)終端之間的同步，而對于控制信道和業(yè)務(wù)信道則延用了LTE標(biāo)準(zhǔn)。Sidelink空口規(guī)范支持蜂窩小區(qū)內(nèi)和小區(qū)外的終端之間直接通信，終端之間可以自組成網(wǎng)，因此，Sidelink實際上就是3GPP體制下的寬帶自組網(wǎng)技術(shù)的空口規(guī)范，是未來各種3GPP體制自組網(wǎng)產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)。

相比COFDM封閉技術(shù)體制的自組網(wǎng)技術(shù)，3GPP體制的自組網(wǎng)技術(shù)能夠充分利用4G以及5G的開放的先進(jìn)技術(shù)，相關(guān)的產(chǎn)品也能夠充分利用3GPP成熟的產(chǎn)業(yè)資源，從而大幅提升產(chǎn)品的性能指標(biāo)，擴(kuò)展應(yīng)用場景，增強(qiáng)實戰(zhàn)效果。其中，一些關(guān)鍵的技術(shù)和功能包括：

1、信道編解碼 

業(yè)務(wù)信道采用Turbo碼，其編碼增益比COFDM自組網(wǎng)常用的卷積碼具有顯著的提升；

2、高階調(diào)制 

最高可以支持256QAM，進(jìn)一步提升頻譜效率。利用成熟的AMC機(jī)制，可以根據(jù)信道條件動態(tài)調(diào)整調(diào)制階數(shù)，保持空口流量的平穩(wěn)；

3、多天線技術(shù) 

在R14版本中，Sidelink規(guī)范增加了發(fā)射分集功能,，為后續(xù)進(jìn)一步引入空分復(fù)用奠定了基礎(chǔ)。利用LTE成熟的MIMO技術(shù)，3GPP自組網(wǎng)技術(shù)能夠顯著提升頻譜效率，在兩天線配置下，頻譜效率能夠達(dá)到6~8bps/Hz，比COFDM自組網(wǎng)的頻譜效率提升了4~5倍，這對于頻譜資源有限的專網(wǎng)用戶非常重要；

4、HARQ技術(shù) 

融合重傳和前向糾錯功能，顯著提升空口傳輸性能，特別是空口的穩(wěn)健性，有助于傳輸時延的減��；軟合并功能能夠進(jìn)一步提升糾錯能力；

5、QoS機(jī)制 

非3GPP體制的自組網(wǎng)產(chǎn)品大都沒有完整的端到端QoS機(jī)制，只是一個IP管道而已。但是在ProSe功能中，定義了數(shù)據(jù)包優(yōu)先級（ProSe Per-Packet Priority：PPPP），針對語音、視頻、數(shù)據(jù)等不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行分級保障，也可以針對不同的用戶組進(jìn)行分級保障。QoS分級保障是無線專網(wǎng)的必要需求；

6、新波形 

利用F-OFDM、UFMC等5G中討論的新波形技術(shù)，3GPP自組網(wǎng)技術(shù)能夠更加靈活、高效地利用專網(wǎng)有限的頻譜資源；

上述這些功能對于傳統(tǒng)自組網(wǎng)大多還是新技術(shù)，而這些功能在規(guī)模部署的4G網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)證明能夠顯著提升無線性能，因此也將顯著提升無線自組網(wǎng)的無線性能。當(dāng)然，隨著更多應(yīng)用場景的引入，Sidelink規(guī)范自身也在不斷完善。在R12的基礎(chǔ)上，Sidelink規(guī)范在R13中增加了跨載波終端發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)包優(yōu)先級、UE-to-Network中繼等功能，在R14中增強(qiáng)了中繼的功能，能夠支持更多的跳數(shù)，結(jié)合橋接功能，單個蜂窩小區(qū)的覆蓋范圍有了更為明顯的提升。Sidelink規(guī)范在R14中也被運用到V2X標(biāo)準(zhǔn)中，用于車與車、車與路邊單元之間的直接通信，基于車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用要求，在當(dāng)前的R15版本討論中，載波聚合、64QAM、發(fā)射分集、更短子幀等關(guān)鍵技術(shù)和功能極有可能增加到規(guī)范之中，而在R16版本的早期討論中，包括 V2X切片、E2E QoS、多播、定位等新功能也列上了討論的議題。未來，Sidelink規(guī)范會隨著越來越多的應(yīng)用而不斷完善，相應(yīng)地，3GPP體制的寬帶自組網(wǎng)技術(shù)也會不斷向前演進(jìn)，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈也會越來越壯大，這是其它體制自組網(wǎng)技術(shù)所無法企及的。

三 海能達(dá)iMesh自組網(wǎng)產(chǎn)品與應(yīng)用

盡管Sidelink規(guī)范提出來已經(jīng)4年多了，但是目前基于該規(guī)范的自組網(wǎng)產(chǎn)品并不多見。隨著公共安全、應(yīng)急等領(lǐng)域?qū)Χ嗝襟w通信需求的日益增多，業(yè)界對先進(jìn)的自組網(wǎng)產(chǎn)品的需求也越來越強(qiáng)烈。在此背景下，海能達(dá)公司作為全球無線專網(wǎng)通信的領(lǐng)導(dǎo)者，基于在公安、應(yīng)急等專網(wǎng)行業(yè)多年的經(jīng)驗，在寬、窄帶無線通信技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)上的技術(shù)積累，依托3GPP技術(shù)規(guī)范，創(chuàng)新地研發(fā)出了iMesh自組網(wǎng)系列產(chǎn)品，填補(bǔ)了業(yè)界3GPP體制自組網(wǎng)產(chǎn)品的空白，完善了多媒體應(yīng)急通信解決方案，引領(lǐng)了未來自組網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的方向。

3-1 iMesh產(chǎn)品及特點

海能達(dá)iMesh自組網(wǎng)產(chǎn)品是基于4G、5G先進(jìn)技術(shù)，面向?qū)＞W(wǎng)集群綜合業(yè)務(wù)而設(shè)計的創(chuàng)新產(chǎn)品，部署便捷、組網(wǎng)靈活、吞吐率高、可靠性強(qiáng)，具備端到端的QoS機(jī)制和安全保護(hù)機(jī)制。產(chǎn)品形態(tài)多樣，包括車載臺、背負(fù)臺、手持臺，可搭配海能達(dá)自研的指揮調(diào)度臺共同組成自組網(wǎng)解決方案廣泛應(yīng)用于公共安全、應(yīng)急保障等行業(yè)。

平臺特點

采用軟件無線電架構(gòu)，平臺集成度高、處理能力強(qiáng)，通過加載不同的軟件支持自組網(wǎng)、基站等多種工作模式，使用靈活，管理簡單，最大化復(fù)用硬件資源，節(jié)省成本。

鏈路特點

采用多天線、高階調(diào)制等技術(shù)提升鏈路的頻譜效率，頻譜效率高達(dá)6bps/Hz。采用先進(jìn)的檢測算法提升鏈路接收性能，覆蓋遠(yuǎn)；采用AMC、HARQ等技術(shù)提升鏈路的穩(wěn)健性，平均時延和抖動�。徊捎�5G新波形提升頻譜利用的靈活性，降低異系統(tǒng)間的干擾。

業(yè)務(wù)特點

延用3GPP QoS機(jī)制，通過專用無線承載，對不同業(yè)務(wù)或者群組采用不同的優(yōu)先級，支持單播、組播、廣播等集群系統(tǒng)常用的傳輸模式。

組網(wǎng)特點

支持星型、鏈型、網(wǎng)型以及混合異構(gòu)等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也支持與有線、蜂窩基站的融合組網(wǎng)，與4G蜂窩基站能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)層面的平滑融合。

安全特點

延用3GPP安全技術(shù)體制，也支持第三方定制的安全算法。

3-2 iMesh應(yīng)用介紹

iMesh系列產(chǎn)品一經(jīng)發(fā)布，就受到各行業(yè)客戶的一致好評，特別在消防、公安應(yīng)急等重點領(lǐng)域，基于iMesh產(chǎn)品的各種解決方案顯著提升了實戰(zhàn)性能。

消防應(yīng)急通信應(yīng)用

傳統(tǒng)自組網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)相對落后，而且過分注重便攜性，多以手持設(shè)備為主，導(dǎo)致無線覆蓋能力弱，穿透性差，傳輸容量低，需要多級中繼才能延伸覆蓋，組網(wǎng)復(fù)雜，時間長，系統(tǒng)穩(wěn)健性差，多跳后實際傳輸能力受限，因此，在復(fù)雜的救援環(huán)境下，實戰(zhàn)效果差。

iMesh產(chǎn)品采用先進(jìn)的通信技術(shù)和高集成度的平臺，兼顧了覆蓋性能、吞吐量和便攜性，不需要太多的中繼節(jié)點就能夠在現(xiàn)場指揮中心和多個救援點之間建立大容量、高可靠的無線鏈路，開機(jī)即用、系統(tǒng)簡單、維護(hù)人員少，實戰(zhàn)效果好�；�于iMesh產(chǎn)品的e-Fusion消防融合應(yīng)急通信解決方案從17年下半年開始，陸續(xù)在全國消防部門進(jìn)行了50多次實戰(zhàn)演練，獲得了客戶的高度認(rèn)可，并且已經(jīng)在多地商用。

圖1 e-Fusion融合應(yīng)急通信解決方案

電力應(yīng)急通信應(yīng)用

2018年4月，海能達(dá)協(xié)助廣州供電局在北江大堤廣州段成功完成抗洪搶險電力應(yīng)急保障演練。北江大堤現(xiàn)場指揮部通過海能達(dá)便攜式指揮調(diào)度中心（E-center）搭建現(xiàn)場應(yīng)急指揮調(diào)度中心，與總指揮中心形成了互聯(lián)互通，實現(xiàn)聯(lián)動指揮。由無人機(jī)搭載的海能達(dá)自組網(wǎng)設(shè)備（iMesh），構(gòu)建了立體指揮通信視頻傳輸通道，對現(xiàn)場進(jìn)行立體式、全方位地偵查，解決了地面無線信號傳輸距離短的問題。演練過程中，iMesh傳輸距離達(dá)到了15公里以上，吞吐率穩(wěn)定，保證4路高清視頻流暢回傳，將整個演練過程推向了高潮。此次演練驗證了海能達(dá)電力應(yīng)急通信指揮綜合解決方案的快速響應(yīng)水平及應(yīng)急管理能力，這是非常有代表性的情景模擬測試，對業(yè)界具有廣泛的示范意義。

圖2 廣州供電局江北大堤急保障演練現(xiàn)場

重大活動安保應(yīng)用

2018年的廣州超級跨年演唱會在“廣州客廳”海心沙傾情上演，明星大咖與現(xiàn)場數(shù)十萬名市民共同跨年迎新，共同制造屬于廣州城市的群體記憶。由于觀眾多、人流大，運營商網(wǎng)絡(luò)非常擁堵，原有的4G圖傳設(shè)備無法正常工作，這對現(xiàn)場安保工作提出了巨大的挑戰(zhàn)。

結(jié)合重大活動安保經(jīng)驗，海能達(dá)采用智慧融合專網(wǎng)應(yīng)急保障方案實現(xiàn)現(xiàn)場安保。視頻傳輸利用iMesh設(shè)備，結(jié)合無人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對密集人流、重要路口進(jìn)行可視化監(jiān)控，實現(xiàn)無人機(jī)視頻無線實時回傳、安保警員間視頻通信、路口無線監(jiān)控、多媒體信息上報等。同時，安保人員手機(jī)可以接入自組網(wǎng)設(shè)備節(jié)點，實現(xiàn)Internet應(yīng)用，通過微信群實現(xiàn)相關(guān)溝通和匯報�，F(xiàn)場通過兩臺iMesh設(shè)備，實現(xiàn)4~5路高清視頻的回傳。關(guān)鍵語音采用PDT數(shù)字集群系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，安保警力定位，實時調(diào)度指揮，強(qiáng)力保障應(yīng)急情況下的關(guān)鍵語音通信。整體方案實現(xiàn)靈活組網(wǎng)、快速布控，大大提升了對安保過程的掌控能力與應(yīng)變處突能力，保證了整個安保過程協(xié)同、順利。

圖3 廣州超級跨年演唱會保障現(xiàn)場

行業(yè)應(yīng)用將是未來無線通信發(fā)展的重要方向之一，而自組網(wǎng)技術(shù)將是支撐專網(wǎng)行業(yè)通信的關(guān)鍵之一，未來的10年將是自組網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大好時機(jī)。而目前傳統(tǒng)的自組網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品與主流的技術(shù)體制相差太遠(yuǎn)，產(chǎn)品功能、性能以及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)資源都很難支撐未來行業(yè)應(yīng)用的需求。自組網(wǎng)技術(shù)急需革新，從而跟上通信行業(yè)日新月異的發(fā)展步伐。

3GPP技術(shù)體制是移動通信行業(yè)的主航道，技術(shù)先進(jìn)，應(yīng)用廣泛、產(chǎn)業(yè)成熟，市場規(guī)模大。自組網(wǎng)技術(shù)必須向主流技術(shù)體制演進(jìn)，充分利用成熟的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)資源，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，跟上行業(yè)發(fā)展的節(jié)奏，才能有機(jī)會抓住千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，壯大產(chǎn)業(yè)，做大市場。海能達(dá)公司作為專網(wǎng)通信行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)率先向3GPP體制的自組網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)，并發(fā)布了主要的產(chǎn)品和解決方案，顯著提升了應(yīng)用的實戰(zhàn)性能，獲得了客戶的一致好評，充分證明了自組網(wǎng)產(chǎn)品向主流技術(shù)體制轉(zhuǎn)變的可行性、必要性和緊迫性。未來，海能達(dá)公司將進(jìn)一步加大投入，為自組網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康、有序、快速發(fā)展貢獻(xiàn)更多的力量。